FR2809240A1 - Machine electrique homopolaire et procede de fabrication d'une telle machine - Google Patents

Abstract

Machine électrique comportant un stator (1) et un rotor, dans laquelle le stator (1) comprend au moins une tôle ayant la forme générale d'une couronne présentant des dents sur sa paroi interne, et/ ou le rotor comprend au moins une tôle ayant la forme générale d'un disque présentant des dents sur sa périphérie. Les dents d'une même tôle, destinées à maintenir un conducteur (8), ont leurs extrémités libres situées sensiblement dans un même plan.

Description

L'invention concerne une machine électrique de structure homopolaire. L'invention se rapporte également à un procédé de fabrication d'une telle machine.

Les machines électriques tournantes comprennent des conducteurs, qui peuvent être disposés de deux façons - dans une première structure de machine, les conducteurs sont orientés axialement, générant ainsi un champ magnétique radial dans l'entrefer. Cette premiere structure de machine est la plus répandue, et conduit à une machine de forme cylindrique.

- dans seconde structure de machine, les conducteurs sont disposés axialement, et créent donc un champ magnétique axial dans l'entrefer. On obtient alors une machine discoïdale.

La première structure de machine présente une variante, dans laquelle l'axe de la bobine formée par les conducteurs est sensiblement confondu avec l'axe la machine. Ce type de machine, dit homopolaire , présente l'avantage supprimer les têtes de bobines, dont le seul rôle est de ramener les courants d'un pôle vers l'autre.

Dans antérieur, on ne connaît cette structure homopolaire que pour inducteurs des machines synchrones, voire dans quelques machines a réluctance variable. Le bobinage est alors un cylindre, ou un anneau, qui peut être fixe mobile. Dans l'art antérieur, ce bobinage est toujours parcouru un courant continu.

On va tout d'abord décrire deux machines homopolaires de l'art antérieur, référence aux figures 1 à 4. Dans ces deux versions, il s'agit d'une machine synchrone cylindrique homopolaire dont le stator est externe et le rotor interne. Les figures 1 à 3 se rapportent à une première structure de machine homopolaire 100 de l'art antérieur, représentée ici dans le où elle présente quatre pôles. La figure 1 est une représentation partielle perspective d'une telle machine. Les figures 2 et 3 sont des vues en coupe cette machine respectivement selon la coupe A-A et selon la coupe B-B de figure 1.

La machine 100 présente un axe H, dit axe homopolâire.

Cette machine 100 comprend un stator 101 classique, de structure cylindrique, à quatre pôles, avec des conducteurs axiaux.

La machine 00 comprend également un rotor 102 constitué de deux demi- rotors 102a, 02b. Chaque demi-rotor 102a, 102b est un cylindre comportant deux méplats parallèles 103a, 103'a, 103b, 103'b. deux cylindres identiques, coaxiaux et liés par l'une de leurs extrémites, sont décalés angulairement de 90 dans le cas de la version tétrapolaire représentée sur la figure 1.

La machine 100 comprend une bobine inductrice 104, annulaire et d'axe sensiblement confondu avec l'axe H de la machine 100, ladite bobine 104 étant placée au niveau de la liaison entre les deux demi-rotors 102a, 102b. Cette bobine 104 est parcouru par un courant continu I.

Le flux (D généré par ladite bobine 104 est axial sur une partie du rotor 102 et sort dudit rotor 102 préférentiellement par les zones où l'entrefer est réduit, soit en évitant les méplats 103a, 103'a, 103b, 103'b.

Les figures 1, 2 et 3 représentent les lignes du flux généré la bobine 104. Avec le sens de circulation du courant I indiqué sur la figure , le flux (D sort en évitant les méplats 103a, 103'a du demi-rotor 102a, qui présente de ce fait deux pôles nord N. Le flux effectue alors un quart de tour pour rejoindre le demi-rotor 102b, où il entre par méplats 103b, 103'b. Le demi-rotor 102b présente de ce fait deux pôles sud Cette configuration présente deux inconvénients.

D'une part, il n'y a de pôles nord que sur un demi-rôtor et de poles sud que sur l'autre demi-rotor. Par conséquent, environ la moitié de la surface de l'entrefer est perdue, tandis que dans une machine classique, la totalité cette surface serait utilisee. <B>Il</B> en résulte une mauvaise utilisation de l'espace, rend cette machine intéressante, sauf dans les applications de grande vitesse, cryogéniques... où la bobine inductrice peut être fixée au stator.

D'autre lorsque la machine tourne, on peut dire schématiquement que les lignes flux représentées sur la figure 1 se mettent en rotation synchrone avec le rotor. Le flux ne va plus traverser le stator dans un plan perpendiculaire à l'axe H, mais sensiblement parallèlement, d'où des pertes importantes, par courants induits et par hystérésis tournante.

Cette disposition est naturellement limitée à un inducteur de machine synchrone, à moins que le rotor ne soit réalisé en ferrite ou en poudre de fer agglomérée, car ces matériaux sont anisotropes vis à vis flux. Une telle structure pourrait ainsi être utilisée pour une partie soumise a un flux alternatif, mais ceci conduirait à une machine coûteuse ainsi que peu puissante, du fait de la faible induction maximale de ces matériaux.

On va à présent décrire une deuxième structure de machine homopolaire 200 de l'art antérieur, dite machine à griffes, en référence à la figure Cette machine 200 présente un axe H, dit axe homopolaire, comprend un stator 201 classique, de structure cylindrique. La machine 200 comprend également un rotor 202, réalisé à partir cylindre plein dont chacune des deux parties extrêmes a été découpée afin présenter des griffes 203 et des échancrures.

Un bobinage est enroulé autour du rotor 202, sur la partie centrale pleine dudit rotor Les griffes 203 sont ensuite rabattues autour de bobinage circulaire , d'axe sensiblement confondu avec l'axe H de la machine 200.

Le flux créé par le bobinage 204 sort radialement du rotor 202 par une griffe 203, traverse l'entrefer puis le stator dans un plan perpendiculaire à l'axe H de la machine, puis retourne dans le rotor 202 radialement, par une griffe 203 adjacente. Le rotor 202 présente donc une alternance de griffes 203 nord N / sud S lorsqu'on se déplace autour dudit rotor 202.

. Ainsi, la circulation du flux dans le stator 202 est plane, il n'y a plus vrillage comme dans la première structure de machine homopolaire de antérieur décrite précédemment en référence aux figures 1 à 3. On élimine ainsi les pertes par hystérésis tournante.

De plus, dans cette machine 200, les griffes sont ramenées tout le long de l'entrefer, ce qui permet d'utiliser la totalité de l'entrefer, comme dans une machine cylindrique classique.

Cette machine 200 présente également un avantage au niveau de sa fabrication, puisque le bobinage 204 peut être réalisé par tournage, les griffes 203 étant rabattues ensuite. Le circuit magnétique du rotor 202 est réalisé par découpe et emboutissage, à partir d'un tube plein.

II est très difficile de réaliser ce rotor de façon à y faire passer un flux alternatif. En effet, afin limiter les courants induits créés par le courant alternatif, le rotor doit être realisé en ferrite ou en tôle feuilletée, ce qui rend la machine difficile à fabriquer, chère, ou encore trop peu puissante. Ainsi, différentes machines homopolaires connues de antérieur présentent une structure qui ne peut s'appliquer qu'aux inducteurs machines synchrones.

De plus, structures n'autorisent le passage de flux alternatifs si le rotor est réalisé en ferrite ou en poudre de fer agglomérée, qui sont matériaux anisotropes vis à vis du flux. Or, d'une part, ces matériaux sont coûteux, et, d'autre ils présentent une induction maximale faible, conduisant donc à des machines electriques peu puissantes.

Certaines de ces structures conduisent en outre à d'importantes pertes par hystérésis tournante dans la machine.

Le but l'invention est de créer une machine électrique homopolaire qui résolve problèmes de l'art antérieur.

Un objectif de l'invention est de créer une machine électrique homopolaire de structure améliorée, qui permette notamment d'envisager des machines synchrones à induit (stator) homopolaire et des machines asynchrones à inducteur (stator) homopolaire, ces machines minimisant les pertes par hystérésis tournante.

Un autre objectif de l'invention est de créer une telle machine qui puisse en outre être étendue dans le domaine des flux alternatifs.

L'invention a également pour objectif de fournir une machine facilement réalisable en grande série, dans des conditions économiques intéressantes, car le circuit magnétique peut être réalisé à partir d'une seule pièce.

A cet effet, la machine électrique selon l'invention comporte un stator et un rotor, tels - stator ou le rotor comprend au moins une tôle ayant la forme générale d'une couronne présentant des dents sur sa paroi interne ; - et/ou le rotor ou le stator comprend au moins une tôle ayant la forme générale d'un disque présentant des dents sur sa périphérie ; les dents étant destinées à maintenir un conducteur, les extrémités libres desdites dents d'une même tôle étant situées sensiblement dans un même plan. Selon un premier mode de réalisation, la tôle est voilée.

Selon un deuxième mode réalisation, la tôle est plane, les dents sont situées alternativement d'un côté de l'autre du plan moyen de ladite tôle, et les extrémités libres desdites dents sont situées sensiblement dans le plan moyen de ladite tôle.

De préférence, le stator et/ou le rotor selon l'invention comprend plusieurs tôles sensiblement identiques empilées axialement, de sorte que les dents de chacune desdites tôles se superposent.

De préférence également, l'extrémité libre de chaque dent d'une tôle a un profil tel que l'entrefer de ladite machine électrique est sensiblement inversement proportionnel au cosinus de l'angle électrique au point considéré de ladite dent. La machine électrique selon l'invention comprend au moins un conducteur formant au moins une spire forme générale annulaire, ledit conducteur étant inséré entre les dents d'une tole ou entre les dents d'un empilement de tôles et passant alternativement ' l'avant d'une dent puis à l'arrière d'une dent adjacente de ladite tôle dudit empilement de tôles. La ou les spires formées par le conducteur peuvent avoir la forme d'un anneau voilé.

De préférence, le stator et/ou le rotor comprennent plusieurs tôles ou plusieurs empilements de tôles disposés axialement et disjoints les uns des autres, le nombre desdites tôles ou desdits empilements de tôles étant un multiple du nombre de phases du courant alimentant ladite machine électrique, ou généré par ladite machine électrique. Selon l'invention, le stator et/ou le rotor de la machine électrique peuvent être enrobés dans un polymère.

Le procédé de fabrication d'une machine électrique selon l'invention comprend, selon première variante, les étapes suivantes a) on découpe des tôles sensiblement identiques dans plaque métallique plane ; b) on déforme chacune desdites tôles par exemple par emboutissage ; c) on empile suivant leur axe les tôles déformées, en faisant se correspondre les parties déformées des tôles successives.

Selon une deuxième variante, le procédé de fabrication comprend les étapes suivantes a) on découpe des tôles sensiblement identiques dans plaque métallique plane ; b) on empile les tôles suivant leur axe ; c) on déforme l'empilement de tôles par exemple par emboutissage.

Le procédé de fabrication d'une machine électrique selon l'invention peut comporter, en outre, les étapes suivantes d) une fois les tôles déformées, on sépare lesdites tôles unes des autres, le cas échéant ; e) on crée une couche d'isolant sur au moins une partie d'une face de chacune desdites tôles ; f) on empile lesdites tôles en faisant se correspondre les parties déformées des tôles successives ; de sorte qu'une couche d'isolant soit intercalée entre chacune desdites tôles. Dans le cas de la deuxième variante de réalisation, de préférence, on intercale une feuille isolante entre chacune des tôles avant d'empiler lesdites tôles, la feuille isolante couvrant au moins une partie d'une face de chacune desdites tôles. De préférence également, le procédé comprend une étape supplémentaire, intervenant juste après l'étape c), ladite étape supplémentaire consistant à usiner la surface formée par les extrémités libres des dents de l'empilement de tôles, façon à obtenir une surface régulière.

D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront lors de description suivante qui va être faite en se référant aux dessins annexés, parmi lesquels - la figure 5 est une vue d'une machine électrique selon l'invention parallèlement à son axe ; - la figure 6 est une vue partielle en perspective d'un stator selon l'invention, selon un premier mode de réalisation ; - la figure 7 est une vue partielle en perspective d'un stator selon l'invention, selon un deuxième mode de réalisation ; - la figure 8 est une vue d'une machine électrique parallèlement à son axe, selon une première application de l'invention ; - la figure 9 est une vue en perspective d'une machine électrique, selon une deuxième application de l'invention ; - la figure 10 est une vue de la galette 12a de la figure 9, parallèlement à son - la figure 11 est une vue de la galette 12b de la figure 9, parallèlement à son axe ; - la figure 12 est une vue de la galette 12c de la figure 9, parallèlement à son axe ; - la figure 13 est une vue de détail du stator et du rotor la machine électrique selon l'invention ; - la figure 14 est une vue en élévation d'une dent d'une tôle selon l'invention. On va tout.d'abord décrire la structure de la machine électrique selon l'invention. Une telle machine électrique comprend un stator et un rotor. De façon connue, le stator peut être placé autour du rotor, ou à l'intérieur de celui-ci, afin de réaliser une machine inversée. Dans la suite de la description, on se placera dans le cas ' le stator est situé autour du rotor, et dans le cas d'une machine synchrone asynchrone, sans que cela limite la portée de l'invention.

On se reportera aux figures 5 à 7, qui illustrent la structure de stator selon l'invention dans le cas d'une machine à 8 pôles avec un rotor classique à aimants permanents. Cependant, le stator selon l'invention permet de réaliser des polarités quelconques.

Le stator comprend au moins une tôle 2, et de préférence un empilement de tôles 2, que représenté sur les figures 5 à 7.

Chaque tôle 2 a la forme générale d'une couronne d'axe 6 d'épaisseur e. Cette couronne présente deux faces, qui peuvent être sensiblement planes, dites respectivement face avant et face arrière , ainsi qu'une paroi interne, définie comme étant la surface cylindrique intérieure de la couronne.

Le plan perpendiculaire à l'axe 6 de la tôle 2 et passant sensiblement à mi épaisseur de ladite tôle 2 sera par la suite appelé plan moyen de la tôle 2. Sur la paroi interne de cette couronne se trouvent des dents, qui peuvent par exemple être sensiblement planes et situées dans le même plan que la couronne. Ces dents ont la forme générale d'un parallélépipede et sont dirigées vers l'axe 6 de ladite couronne.

Chaque dent est liée par une première face à la paroi interne de la tôle 2, la face opposée de ladite dent, que l'on nommera par la suite extrémité libre de la dent étant dirigée sensiblement vers l'axe 6 de la tôle 2.

Les tôles 2 identiques sont empilées suivant leur axe 6, de sorte que les dents de chacune desdites tôles 2 se superposent. Dans cas d'une machine de 3kW, l'épaisseur e desdites toles 2 peut varier entre 01 mm (cas d'un fonctionnement à 400 Hz) et 1 mm exemple (cas d'un fonctionnement à 50 Hz). L'empilement de tôles 2 peut avoir une épaisseur comprise entre 0,5 et 1 cm. Bien entendu, ces valeurs ne sont données qu'à titre indicatif.

L'empilement de tôles 2 présente deux faces sensiblement planes 2a, 2b, dites respectivement face avant et face arrière , ainsi qu' paroi interne 3, définie comme étant la surface cylindrique intérieure de la couronne.

On définit également un plan moyen de l'empilement de tôles 2, perpendiculaire à l'axe 6, et passant sensiblement à mi épaisseur dudit empilement de tôles 2. On qualifiera d' avant tout élément situé dans le demi plan délimité par ledit plan moyen et contenant la-face 2a de l'empilement de tôles 2, et d' arrière tout élément situé dans le demi plan délimité par ledit plan moyen et contenant la face de l'empilement de tôles 2.

Sur la paroi interne 3 de cette couronne se trouvent des dents 4, formées par l'empilement des dents de chacune des tôles 2.

Chaque dent 4, qui présente une forme générale de parallélépipède, est liée par une première face à la paroi interne 3 de l'empilement de tôles 2, la face opposée 5 de ladite dent 4, que l'on nommera par la suite extrémité libre de la dent étant dirigée sensiblement vers l'axe 6 de l'empilement de tôles 2. Chaque dent 4 présente également deux faces opposées 4a, 4b, correspondant aux faces 2a, 2b de l'empilement de tôles 2.

Les dents 4 forment ainsi des encoches 7 dans lesquelles vient se placer un conducteur 8 formant bobinage de la machine électrique. Le nombre de dents 4 est donc pair et dépend du nombre de pôles de la machine électrique.

La machine électrique comprend au moins un conducteur 8, de forme générale circulaire, disposé dans les encoches 7 formées par les dents 4. Comme représenté sur la figure 5, le conducteur 8 passe alternativement d'un premier côté d'une dent 4 puis du côté opposé d'une dent 4 adjacente.

Afin que le flux généré le conducteur 8 soit situé dans un plan au niveau de l'entrefer, la structure l'empilement de tôles 2 est telle que les extrémités libres 5 des dents 4 tôle 2 sont situées dans un même plan. Ainsi, il n'y a aucune perte par hysterésis tournante, ni pertes par courants de Foucault supplémentaires.

La figure 6 illustre premier mode de réalisation de l'invention.

Selon ce premier mode de réalisation, les dents 4 sont décalées par rapport au plan moyen de l'empilement de tôles, les extrémités libres 5 des dents 4 étant alternativement situées d'un-côté et de l'autre dudit plan moyen.

De plus, l'empilement tôles 2 est voilé, de façon à ramener les extrémités libres 5 des dents 4 de l'empilement de tôles 2 dans un même plan. Les dents 4 restent planes, mais elles ne sont pas coplanaires. Le conducteur 8 est lui- même plan.

Selon un deuxième mode réalisation, représenté sur la figure 7, l'empilement de tôles 2 reste plan. Comme dans le premier mode de réalisation, les dents 4 sont décalées par rapport plan moyen de l'empilement de tôles 2, deux dents 4 adjacentes étant alternativement situées d'un côté et de l'autre dudit plan moyen.

Cependant, les extrémites libres 5 des dents 4 sont ramenées dans un même plan. Ce plan est par exemple sensiblement confondu avec le plan moyen dudit empilement de tôles 2.

Dans ce mode de réalisation, les dents 4 ne sont plus planes, mais recourbées, le conducteur 8 étant plan. II est également proposé (mais non représenté) une structure stator 1 dans laquelle l'empilement de tôles 2 et les dents 4 sont situées dans même plan, le conducteur 8 étant voilé afin de s'insérer entre lesdites dents 4. On retrouve alors la configuration de la machine monophasée à une seule encoche par bobine et par phase, où chaque dent correspond à un pôle.

Dans tous les modes de réalisation, le conducteur 8 comprend au moins une spire de forme générale annulaire. Le diamètre du conducteur 8 ainsi que le nombre de spires dépendent de la tension et du courant. On peut également envisager que le conducteur 8 soit un tube creux.

Le conducteur 8 peut être monobrin ou former plusieurs spires (fil bobinés en parallèle, fils torsadés, fil de Litz, fil Roebel...) disposées de façon quelconque dans les encoches, sur une hauteur quelconque inférieure ' la hauteur des dents 4.

Ces spires peuvent être planes ou voilées, suivant la structure de l'empilement de tôles de façon à pouvoir être insérées entre les dents 4.

L'insertion du conducteur 8 entre les dents 4 peut se faire de deux façons - si le conducteur 8 est souple, on peut le déformer et l'inserer relativement facilement dans l'empilement de tôles 2 ; - si le conducteur 8 est rigide, il est d'abord mis en forme, par exemple à l'aide d'une machine-outil, puis on déforme les dents 4 de l'empilement de tôles 2 afin pouvoir facilement insérer ledit conducteur 8, une fois le conducteur 8 mis en place, on redonne aux dents 4 la forme et la position souhaitée.

La structure cylindrique du bobinage autorise un refroidissement liquide, en circuit ouvert ou fermé (échanges de liquide en phase vapeur).

L'invention prévoit également une structure de stator 1 mixte, combinant les différents modes de réalisation (tout en gardant les extrémités libres 5 des dents 4 même empilement de tôles 2 dans un même plan), le conducteur 8 pouvant même être plan ou voilé.

De façon similaire, cette disposition peut être appliquée à un rotor, en utilisant même principe d'alternance des passages du conducteur 8 entre des dents. deux parties de la machine peuvent également être réalisées de cette façon. Dans la suite de la description, on appellera galette l'ensemble comprenant un empilement de tôles 2 et un conducteur 8 bobiné entre les dents 4 dudit empilement de tôles 2.

On va à present décrire différentes applications de machines utilisant une des structures stator qui vient d'être décrite.

Le stator tel qu'il vient d'être décrit peut être placé comme illustré sur la figure afin de réaliser un alternateur monophasé. L'intérêt de cette structure réside dans la réalisation de machines plates, de grand diamètre, présentant nombre important de pôles.

En mode moteur, une telle machine ne démarre pas, même si une fois lancée elle produit un couple, en raison de sa structure monophasée.

Une première solution consiste donc à utiliser des spires de Fragger 10, qui déphasent le flux émis par le stator 1, afin de recréer des conditions de fonctionnement à peu près diphasées. Ceci est illustré sur la figure 8. Une spire de Fragger 10 est positionnée autour de chacune des dents 4 de l'empilement de tôles 2, au niveau d'un angle de l'extrémité libre 5 de ladite dent 4. II est également possible de ne positionner de spire de Fragger qu'autour d'une dent sur deux.

Dans cette configuration, la machine démarre très bien sous faible couple, et présente toutes les caractéristiques des machines monophasées à spire Fragger traditionnelles. Cette structure est intéressante pour réaliser machines plates de grand diamètre, ce qui n'est pas accessible aux versions actuelles, où la bobine n'est pas statorique et où seulement deux pôles peuvent être réalisés.

structure de stator selon l'invention permet de réaliser un moteur polyphasé, alimenté par le secteur ou par une alimentation électronique. Plusieurs galettes (comprenant un empilement de tôles 2 et un conducteur 8) telles que précédemment décrites sont positionnées autour du rotor. Elles sont alors decalées d'un angle électrique adéquat (90 en diphasé 360 /nombre de phases en polyphasé à plus de deux phases). II est également possible de positionner les galettes en phase, le décalage se faisant alors sur le rotor.

figures 9 à 12 représentent une telle réalisation, dans cas d'une machine triphasée à 8 pôles.

. Trois galettes coaxiales, formant stator, sont positionnées autour du rotor 11 et sont déphasées les unes par rapport aux autres.

Le principe de fonctionnement est le suivant : chaque galette voit une tension induite déphasée temporellement en raison des déphasages angulaires desdites galettes ou du rotor. Si ces déphasages sont dans le rapport correct (90 en diphasé et 360 /nombre de phases en polyphasé à plus de deux phases), alors les tensions induites dans le stator formeront un système polyphasé équilibré, apte à une alimentation électronique secteur de même nombre de phases.

Dans le cas de la machine représentée sur les figures 9 a 12, une première galette 12a est positionnée autour du rotor 11, au niveau d'une première extrémité dudit rotor 11, et sert de référence pour le positionnement des deux autres galettes. Une deuxième galette 12b, placée en position médiane sur le rotor 11, présente par rapport à la première galette 12a un décalage angulaire mecanique de a = 30 , soit 120 électrique. Une troisième galette 12c, placée niveau de la deuxième extrémité du rotor 11, présente un décalage angulaire mécanique P = 60 par rapport à la première galette 12a, soit un déphasage électrique de 240 . La structure telle que décrite dans la présente invention permet notamment de réaliser les différents types machines polyphasées suivants (le rotor pouvant être interne ou externe) - stator polyphasé à galettes avec un rotor synchrone à aimants, bobiné, ou homopolaire (classique selon l'invention) ; - stator polyphasé à galettes avec un rotor asynchrone à cage ou bobiné ; - stator polyphasé à galettes avec un rotor asynchrone à cage ou bobiné classique ou homopolaire selon l'invention (dans ce cas il faut placer au moins deux galettes rotorique par galette statorique) ; - stator polyphasé à galettes avec un rotor passif encoché pour un fonctionnement à réluctance variable, des dents pouvant être aménagées dans le stator et le rotor afin d'obtenir une réduction de la vitesse et une augmentation du couple, conformément au fonctionnement classique des moteurs à réluctance.

Dans le cas d'une machine polyphasée réalisée par empilement axial de galettes monophasées, il indispensable de laisser un espace entre les galettes, afin d'éviter les courts-circuits magnétiques. Les parties de la surface cylindrique du rotor 11 situées entre deux galettes successives ne sont donc pas soumises au champ magnétique créé par les conducteur 8.

Afin de compenser cette perte, on peut intercaler entre chaque tôle 2 de l'empilement de tôles 2 une cale 13, au niveau des dents 4, comme représenté sur la figure 13. Ces cales sont de préférence ferromagnétiques et peuvent comporter un isolant.

Lorsque toutes les tôles sont empilées, les couronnes des tôles 2 sont jointives sauf au niveau dents 4, du fait de la présence de ces cales. L'épaisseur de l'empilement tôles 2 est donc plus importante au niveau des dents 4. Ainsi, il en résulte une meilleure utilisation de l'entrefer, le rotor 11 voyant une surface statorique presque totalement uniforme. Cette concentration tridimensionnelle du flux améliore le rendement du moteur. On peut obtenir la même forme de stator avec la ferrite ou de la poudre de fer agglomérée. De préférence, les dents 4 de l'empilement de tôles 2 ont la forme générale d'un parallélépipède, mais l'extrémité libre 5 desdites dents 4 peut presenter un profil de type sensiblement sinusoïdal.

effet, l'invention prévoit de calibrer l'entrefer qui apparaît sous chacun des poles de façon à donner à la force électromotrice induite une forme adaptée à la source d'alimentation. Dans le cas d'une force électromotrice induite sinusoïdale, la valeur de l'entrefer est une fonction voisine de E = E. I cos(8), où l'angle électrique 8 est défini à partir du centre du pôle et Eo est l'entrefer en ce meure centre (voir figure 14). Cette configuration permet de réduire l'entrefer en version asynchrone, car les pertes par pulsation de dents, dues flux zigzag, disparaissent, en raison du non-encochage des pôles.

Les pertes par pulsation de dents, dues au flux zigzag, peuvent être réduites encore davantage si les dents 4 de l'empilement de tôles 2 sont légèrement vrillées par rapport à un axe radial passant en leur centre.

Cependant, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été décrits ni aux machines qui ont été énumérées, puisque l'invention permet de remplacer totalement le stator ou le rotor complet d'une machine cylindrique.

Le rotor peut être de nature homopolaire, notamment avec le meure type de structure : dans ce cas, le rotor comprend au moins une tôle ayant la forme générale d'un disque, présentant, sur sa périphérie, des dents destinées à maintenir un bobinage, les extrémités libres des dents d'une même tôle étant sensiblement coplanaires. Comme pour le stator, la tôle peut être voilée et les dents planes ou la tôle peut être plane et les dents recourbées. De préférence, rotor comprend un empilement axial de tôles identiques.

rotor peut également être à cage, de type classique, bobiné ou en court- circuit. Si le rotor est bobiné, le conducteur peut être fixe, ce qui élimine tout contact tournant. Un rotor passif donne un fonctionnement du type à réluctance variable (pas à pas). Comme cela a été précisé plus haut, il est possible de réaliser une machine inversée, en plaçant le stator à l'intérieur, et en adaptant la structure qui vient d'être décrite.

Cette structure de machine électrique est d'un très grand intéret pour les moteurs plats, ainsi que pour la réalisation de machines lentes multipolaires de bonne qualite. Cette structure permet entre autres d'éliminer un étage de réduction mécanique ou encore d'utiliser une alimentation à haute fréquence (400 Hz par exemple) d'où un gain de puissance qui compense largement la perte dimensionnelle théorique.

Un tel moteur peut être de type synchrone, asynchrone, à réluctance variable, ou mixte.

. Ce type de, structure peut également s'appliquer à une machine à courant continu.

L'ensemble composé du stator 1 et du rotor peut être placé dans un carter standard, par exemple en aluminium.

II est également possible de réaliser un enrobage du stator et/ou rotor dans un polymère, notamment lorsque les tôles 2 sont voilées. Ce polymere peut être par exemple polyamide. Cet enrobage permet de rigidifier l'ensemble (et notamment d'éviter la vibration des dents 4 lors du fonctionnement de la machine), mais également d'assurer une isolation électrique. Un autre avantage de l'enrobage par un polymère réside dans la faible densité de ce matériau, qui permet d'obtenir une machine plus légère.

On va maintenant décrire le procédé de fabrication du stator 1 de machine électrique selon l'invention. Bien entendu, la fabrication d'un rotor structure similaire s'effectue de façon analogue.

Les tôles 2 sont tout d'abord découpées dans une plaque plane. Selon une première variante, chacune des tôles 2 est alors déformee par emboutissage, ou tout autre moyen équivalent, lesdites tôles 2 étant ensuite empilées selon leur axe 6, de sorte que les parties déformées des toles 2 successives se correspondent.

Selon une deuxième variante, les tôles 2 sont d'abord empilées selon leur axe 6, puis l'ensemble est déformé par emboutissage, ou tout autre moyen équivalent. Dans cette deuxième variante, les cales 13 sont positionnees au niveau des dents entre deux tôles 2 successives, avant déformation. cales 13 peuvent comporter une partie isolante.

Pour un fonctionnement de la machine électrique, le centrage des toles 2 doit être regulier (au centième près, par exemple). A cet effet, une fois les tôles 2 deformées et empilées, la surface formée par les extrémités libres des dents 4 usinée de façon à ce qu'on obtienne une surface régulière.

Dans le d'un stator 1, l'intérieur peut être usiné à l'aide d'une fraiseuse, ou par tournage ou brochage.

Une fois les tôles 2 déformées, selon la première ou la deuxième variante, on peut créer, sur chacune des tôles 2, une couche d'isolant sur au moins une partie d'une des deux faces desdites tôles 2.

En effet, l'étape précédente d'usinage a créé des ponts entre les tôles 2, pouvant provoquer des micro courts-circuits et ainsi causer des pertes.

Cette couche d'isolant peut être créée par l'application d'un vernis ou la formation d'une couche d'oxyde, par exemple par oxydation au four. Pour cela, il est nécessaire, à l'issue de la déformation de l'empilement de tôles 2 selon la deuxième variante, que les tôles 2 soient séparées les unes des autres. II est également possible d'utiliser des tôles préisolées.

On empile alors les tôles 2, en faisant se correspondre les parties déformées des tôles 2 successives. Une couche d'isolant doit être intercalée entre chacune des tôles 2, cet isolant peut être déposé sur les deux faces des cales 13 (voir figure 13).

Si on utilise la deuxième variante pour déformer les tôles une autre manière de supprimer les micro courts-circuits consiste à intercaler une feuille isolante entre deux tôles 2 successives, et ce avant de déformer l'ensemble de tôles 2. En effet, la présence de cette feuille permet d'éviter le frottement des tôles 2 les unes sur autres, et donc de remédier à une destruction partielle de l'isolant entre tôles lors de l'emboutissage. Cette feuille peut avoir surface limitée aux dents.

Quelle soit la manière employée pour limiter les micro courts-circuits, la surface de l'isolant peut être restreinte à une face des dents, et ne pas couvrir l'ensemble d'une face d'une-tôle 2.

Un avantage supplémentaire de l'invention réside donc dans la facilité de réalisation la structure décrite ci-dessus.

Par ailleurs l'invention permet de faciliter la gestion des stocks de pièces détachées en réduisant la diversité des parties actives.

Claims (20)

REVENDICATIONS

1. Machine electrique comportant un stator (1) et un rotor, stator (1) ou le rotor comprenant au moins une tôle (2) ayant la forme générale d'une couronne présentant des dents sur sa paroi interne, et/ou le rotor ou le stator (1) comprenant au moins une tôle (2) ayant la forme générale d'un disque presentant des dents sur sa périphérie, les dents etant destinées à maintenir conducteur (8), caractérisée en ce que les extremités libres des dents d'une même tôle (2) sont situées sensiblement dans même plan.

2. Machine electrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la tôle (2) est voilée.

3. Machine électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la tôle (2) est plane, en ce que les dents sont situées alternativement d'un côté et de l'autre du plan moyen de ladite tôle (2), et en ce que les extrémités libres desdites dents sont situées sensiblement dans le plan moyen de ladite tôle (2).

4. Machine électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le stator (1) et/ou le rotor comprend plusieurs tôles (2) sensiblement identiques empilées axialement, de sorte que les dents de chacune desdites tôles (2) se superposent.

5. Machine electrique selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une cale (13) placée entre deux toles (2) empilées adjacentes.

6. Machine electrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'épaisseur d'une tôle (2) comprise entre 0,01 mm et 1 mm.

7. Machine électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'extrémité libre de chaque dent d'une tôle (2) a un profil tel que l'entrefer (E) de ladite machine électrique est sensiblement inversement proportionnel au cosinus de l'angle électrique au point considéré de ladite dent.

8. Machine electrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisee en ce que les dents d'une tôle (2) sont vrillées par rapport à un axe radial passant en leur centre.

9. Machine electrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisee en ce qu'elle comprend au moins un conducteur (8) formant au moins une spire de forme générale annulaire, ledit conducteur (8) étant inséré entre les dents d'une tôle (2) ou entre les dents ( ) d'un empilement de tôles ( et passant alternativement à l'avant d'une dent puis à l'arrière d'une dent adjacente de-ladite tôle (2) ou dudit empilement de tôles (2).

10. Machine electrique selon la revendication 9, caractérisée ce que la ou les spires formées par le conducteur (8) ont la forme d'un anneau voilé.

11. Machine electrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 ; caractérisee en ce qu'elle comprend au moins une spire de Fragger (10) placée autour d'au moins une dent d'une tôle (2) ou de l'empilement de tôles (2).

12. Machine electrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 ; caractérisee en ce qu'elle comprend plusieurs tôles ou plusieurs empilements de tôles (2) disposés axialement et disjoints les uns des autres, le nombre desdites tôles (2) ou desdits empilements de tôles (2) étant un multiple du nombre de phases du courant alimentant ladite machine électrique, ou généré par ladite machine électrique.

13. Machine électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce qu'elle est placée dans un carter.

14. Machine électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que le stator (1) et/ou le rotor sont enrobés dans un polymère.

15. Procédé de fabrication d'une machine électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes a) on découpe des tôles (2) sensiblement identiques dans une plaque métallique plane ; b) on déforme chacune desdites tôles par exemple par emboutissage ; c) on empile suivant leur axe les toles (2) déformées, en faisant se correspondre les parties déformées tôles (2) successives.

16. Procédé de fabrication d'une machine électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé ce qu'il comprend les étapes suivantes a) on découpe des tôles (2) sensiblement identiques dans une plaque métallique plane ; b) on empile les tôles (2) suivant leur axe ; c) on déforme l'empilement de tôles (2) exemple par emboutissage.

17. Procédé de fabrication d'une machine electrique selon la revendication 15 ou 16, caractérisé en ce qu'il comprend, outre, les étapes suivantes d) une fois les tôles (2) déformées, sépare lesdites tôles (2) les unes des autres, le cas échéant ; e) on crée une couche d'isolant sur au moins une partie d'une face (2a, 2b) de chacune desdites tôles (2) ; f) on empile lesdites tôles (2) en faisant se correspondre les parties déformées des tôles (2) successives de sorte qu'une couche d'isolant soit intercalée entre chacune desdites tôles (2).

18. Procédé fabrication d'une machine électrique selon la revendication 17, caractérise en ce que la couche d'isolant est créée par application vernis ou formation d'une couche d'oxyde.

19. Procédé fabrication d'une machine électrique selon la revendication 6, caractérise en ce que, avant d'empiler les tôles (2), on intercale une feuille isolante entre chacune desdites tôles (2), la feuille isolante couvrant moins une partie d'une face (2a, 2b) de chacune desdites tôles (2).

20. Procédé de fabrication d'une machine électrique selon l'une quelconque des revendications 15 à 19, caractérisée en ce qu'il comprend une étape supplémentaire, intervenant juste après l'étape c), ladite étape supplémentaire consistant à usiner la surface formée par les extrémités libres (5) des dents (4) de l'empilement de tôles (2), de façon à obtenir une surface régulière.