REDUCTION DES NUISANCES VIBRATOIRES ET ACOUSTIQUES

D'UNE MACHINE ASYNCHRONE

La présente demande incorpore par référence le texte de la demande prioritaire portant le numéro FR 15 50 684 déposée le 29 janvier 2015.

Domaine technique et Art antérieur

La présente invention concerne le domaine des machines électriques rotatives, et plus particulièrement les machines asynchrones également connues sous l'anglicisme machines à induction.

La présente invention concerne ainsi la réduction des nuisances vibratoires acoustiques et du bruit audible générés par les machines asynchrones.

Un des objets de la présente invention vise donc à concevoir une machine asynchrone ayant un faible niveau de bruit acoustique et de vibrations d'origine magnétique.

L'objet de la présente invention trouve ainsi une application avantageuse pour l'industrie du transport, et notamment pour des applications de traction électrique (par exemple dans les trains, métros, voitures électriques, bateaux, etc.).

Bien évidemment, d'autres applications avantageuses peuvent également être envisagées dans le cadre de la présente invention, notamment pour :

les moteurs de ventilation (par exemple dans les VMC),

les générateurs électriques (par exemple dans les éoliennes), ou encore d'autres applications industrielles comme par exemple pour les pompes de forte puissance.

Les machines asynchrones sont les machines électriques les plus répandues, notamment du fait de leur faible coût de fabrication et de leur robustesse.

Une machine asynchrone se compose généralement de deux pièces principales : le stator et le rotor, dont la liaison est assurée par un palier.

L'entrefer désigne l'espace situé entre le stator et le rotor ; c'est dans l'entrefer que s'effectue la conversion électromécanique. Le stator est une pièce fixe qui est conçue en matériau ferromagnétique et qui comprend des encoches dites statoriques remplies par un bobinage ; ce bobinage est relié à un réseau apte à alimenter électriquement le bobinage du stator avec des courants dits statoriques. Ces courants statoriques créent un champ magnétique tournant dans l'entrefer de la machine.

Le rotor est quant à lui une pièce longiligne qui est conçue en matériau ferromagnétique et qui est apte à tourner sur elle-même selon son axe longitudinal. Le rotor comporte des encoches dites rotoriques remplies par un bobinage parcouru par des courants, dits rotoriques, qui sont induits par les fluctuations du champ magnétique généré par le stator.

Plus particulièrement, le champ magnétique tournant généré par le stator présente une fréquence de rotation qui est imposée par la fréquence des courants statoriques et le nombre de pôles du bobinage statorique.

Selon la loi de Lenz-Faraday, le rotor se met à tourner pour tenter de suivre ce champ statorique. En effet, les variations de flux statoriques induisent une tension au rotor qui engendre des courants rotoriques ; ces derniers génèrent des efforts magnétiques à l'origine d'un couple qui s'oppose à la variation de flux et qui permet la mise en rotation du rotor.

La vitesse de rotation mécanique du rotor diffère légèrement de la vitesse de rotation mécanique du champ statorique, encore appelée vitesse de synchronisme : cette différence de fréquence, appelée glissement, est à l'origine de la dénomination de la machine « asynchrone », encore appelée machine à induction.

Lorsque que le glissement est nul, le rotor ne voit plus de variation de champ statorique, les courants rotoriques sont nuls et le couple également.

Par ces phénomènes physiques, on sait donc faire fonctionner une machine asynchrone.

Cependant, les efforts électromagnétiques à l'origine du couple dans l'entrefer sont également à l'origine de vibrations et de bruit acoustique : ils déforment les structures du rotor et du stator, et ces vibrations peuvent se propager à l'air ambiant et rayonner dans des fréquences audibles.

Ces nuisances vibratoires et sonores sont problématiques.

Dans un environnement industriel par exemple, elles peuvent représenter un réel problème sanitaire lorsque des machines asynchrones fonctionnent en continu.

Dans les transports, elles peuvent poser un problème de confort. Elles peuvent également représenter un véritable frein dans des applications où les appareils doivent être le plus silencieux possible, par exemple dans des applications militaires.

Enfin, ces vibrations sont à l'origine de fatigue mécanique qui peut être dommageable pour des applications où le fonctionnement des machines doit être garanti sur de longues périodes, par exemple les générateurs hydroélectriques ou éoliens.

Ces efforts électromagnétiques proviennent principalement de l'interaction entre les différents groupes d'harmoniques de flux magnétiques (forces de Maxwell) ; les harmoniques de flux magnétiques sont elles-mêmes issues de l'interaction entre différentes harmoniques dites de perméance magnétique et de force magnétomotrice.

Il est déjà connu de limiter le bruit magnétique des machines asynchrones en inclinant de manière linéaire les encoches statoriques ou rotoriques suivant l'axe de rotation de la machine.

On parle également de vrillage.

Cependant, cette technique est empirique et dans certains cas elle est inefficace, ou bien provoque au contraire une augmentation du bruit acoustique.

De plus, le vrillage réduit nécessairement le couple et donc le rendement de la machine. Il est donc important de trouver le bon compromis entre l'angle de vrillage et le rendement de la machine.

Ainsi, dans le document US 2014 246 943, il est prévu de réduire le bruit magnétique en inclinant les encoches statoriques ou rotoriques par rapport à l'axe de rotation de la machine selon un angle d'inclinaison statorique a _s ou rotorique OE _t , encore appelé pas d'encoche statorique ou rotorique, égal à 360° divisé par le nombre d'encoches statoriques Zs ou rotoriques Zr, soit :

360 360

e< = ou o:,. =

Zs ¹ Zr

Cette inclinaison permet de réduire l'amplitude moyennée suivant l'axe de certaines harmoniques du champ magnétique, issues respectivement des harmoniques de perméance statorique ou de perméance rotorique.

En effet l'induction moyenne est donnée pour un vrillage linéaire par :

I ^B _. s ee)da = j P _s (t, - yz)F _s cos-(2wf _s t - pa)da Avec : P _s la perméance d'entrefer, F _s la force magnétomotrice, p le nombre de paires de pôles, a. l'angle dans l'entrefer, t le temps, et y le pas de vrillage linéaire.

L'harmonique de flux moyennée sur toute la longueur de la machine L et issue du premier harmonique de perméance statorique est donc proportionnel à : DOS (∑ _s fs)da = ski (¾fi) / Ζ ₃ γ} Ce terme s'annule pour γ = -— soit une inclinaison d'un pas d'encoche statorique.

Le document EP 0 240 945 propose une autre technique de vrillage dans laquelle les encoches statoriques sont inclinées par rapport aux encoches rotoriques selon un angle d'inclinaison qui est un multiple entier d'un angle de 60° minimisant de ce fait l'ondulation du couple qui est un multiple entier de six fois la fréquence fondamentale de l'énergie électrique.

Le Demandeur observe cependant que la réduction des nuisances acoustiques obtenues avec les calculs du pas de vrillage proposés dans les documents US 2014 246 943 et EP 0 240 945 n'est pas optimale : dans un cas comme dans l'autre, certaines harmoniques responsables du bruit et des vibrations ne sont pas totalement supprimées.

En effet, si le vrillage linéaire d'un pas d'encoche permet d'annuler une harmonique de flux, la force magnétique à l'origine du bruit n'est pas proportionnelle au champ mais au carré du champ d'entrefer.

Le Demandeur soumet ainsi qu'il n'existe pas à ce jour de solutions satisfaisantes pour réduire de façon optimale les nuisances sonores provoquées par les machines asynchrones.

Objet et résumé de la présente invention

La présente invention vise à améliorer la situation décrite ci-dessus.

Un des objectifs de la présente invention est de remédier aux différents inconvénients mentionnés ci-dessus en proposant la conception d'une machine asynchrone dont le pas d'encoche statorique ou ro torique réduit de façon significative les nuisances sonores rencontrées jusqu'à présent.

A cet effet, l'objet de la présente invention concerne selon un premier aspect une machine électrique rotative de type machine asynchrone comprenant un stator dans lequel est monté librement un rotor sensiblement longiligne apte à tourner sur lui-même selon l'axe longitudinal du rotor.

De préférence, le rotor est du type cage d'écureuil.

Avantageusement, le stator et le rotor comportent chacun un nombre déterminé Zs et Zr d'encoches longilignes respectivement statoriques et rotoriques.

Classiquement, ces encoches statoriques et rotoriques sont en regard les unes des autres.

Selon l'invention, les encoches rotoriques sont remplies par des premiers éléments conducteurs qui sont mis en court-circuit et qui forment un premier bobinage.

Selon l'invention, les encoches statoriques sont remplies par des seconds éléments conducteurs qui forment un second bobinage et qui sont alimentés électriquement par des courants dits statoriques.

Ces courants statoriques créent dans l'entrefer entre le stator et le rotor un champ magnétique tournant ayant p paires de pôles.

Ici, p est un entier positif non nul.

Ce champ magnétique induit alors dans le rotor des courants, dits rotoriques, créant une force électromotrice entraînant le rotor en rotation sur lui-même selon l'axe longitudinal du rotor.

Avantageusement, les encoches statoriques ou rotoriques sont inclinées par rapport à l'axe longitudinal du rotor selon un angle d'inclinaison statorique _s ou rotorique _r déterminé en fonction du nombre p de paires de pôles et du nombre Zs d'encoches statoriques ou du nombre Zr d'encoches rotoriques.

La prise en compte du nombre de paires de pôle pour déterminer le pas d'encoche (statorique ou rotorique) est ici particulièrement avantageuse pour réduire les nuisances acoustiques générées par les machines acoustiques.

Dans un mode de réalisation avantageux, les encoches statoriques ou rotoriques sont inclinées par rapport à l'axe longitudinal du rotor selon un angle d'inclinaison statorique a _s ou rotorique „ déterminé selon la formule suivante :

s* existe deux entiers positifs k _s et k _r et un entier relatif β égal à 4- î ou— i

tels que \k _s Z _s — & _r £ $2p\ = 0, 2 ou

alors ε„ ou «„ = r ^~ r ε,.

Dans cette formule, sr, et ε _^ , sont des variables de tolérance mécanique sensiblement comprises entre 0° et 1°. Ainsi, grâce à l'inclinaison des encoches du stator ou du rotor par rapport à l'axe longitudinale du rotor calculée ici selon la formule ci-dessus, il est possible d'éliminer de façon optimale les harmoniques des ondes de force se propageant dans l'entrefer entre le stator et le rotor responsables de vibration et de bruit acoustique d'origine magnétique.

Ce calcul de l'angle d'inclinaison, caractéristique de la présente invention, permet d'améliorer de façon significative les performances acoustiques des machines asynchrones.

Le Demandeur soumet en outre que la présente invention permet de réduire les pulsations de couple.

Avantageusement, les variables de tolérance mécanique ¾ et z _r sont inférieures ou égales au minimum entre 1° et respectivement une borne respectivement égale à :

> pour la variable de tolérance mécanique E _s , et

_„ pour la variable de tolérance mécanique ε^.

Ainsi, lorsque _% (ou ^Ρ Ζ ^&ύ . ) est inférieur à 1°, on a : ε , =„ _f „ . , (ou S _; . = T7— · Alternativement, lorsque _¾ (ou _>. ) est strictement supérieur à 1°, on a :

¾ = 1 " (ou = I ^e -).

De préférence, les variables de tolérance sont sensiblement inférieures ou égales à environ 5% du pas d'encoche.

Avantageusement, la variable de tolérance mécanique est sensiblement inférieure ou égale à environ sensiblement inférieure ou égale à 0,5°.

De préférence, la variable de tolérance mécanique est sensiblement inférieure ou égale à environ 0,2°.

De préférence, la variable de tolérance est sensiblement inférieure ou égale à environ sensiblement inférieure ou égale à 0,1°. Dans une mode de réalisation particulier, les encoches statoriques ou rotoriques sont inclinées par rapport à l'axe longitudinal du rotor selon un angle d'inclinaison statorique a„ ou rotorique _T déterminé selon la formule suivante :

s" il existe un entier relatif β égal à - 1 ou— 1

tel que \Z _g — Z _r Ί- P2p| = 0„ 2 aux 4

360 _, 360

alo s: oe. = — r i ε, ou ,. = —— + ε_

Dans un mode de réalisation, l'inclinaison des encoches statoriques et/ou rotoriques suivant l'axe longitudinal de la machine est linéaire.

Dans un mode de réalisation alternatif, cette inclinaison des encoches statoriques et/ou rotoriques ne suit pas une forme linéaire. Elle est non-linéaire.

En modifiant la forme du vrillage, il est ainsi possible de limiter davantage les nuisances acoustiques, par exemple avec une courbe « plus douce » du type arcosinus ou arcsinus.

Avantageusement, le stator et le rotor comportent chacun un empilage de tôles feuilletées en matériau ferromagnétique, lesdites tôles étant isolées électriquement les unes des autres.

De préférence, le second bobinage dudit stator est un bobinage triphasé à travers lequel circulent trois courants sinusoïdaux déphasés de 120° dans le temps et dans l'espace.

Optionnellement, la machine selon la présente invention comprend en outre des moyens de protection contre les échauffements anormaux des premier et/ou second bobinages.

Ces moyens de protection sont de préférence configurés pour mesurer la température des premier et/ou second bobinages et pour couper l'alimentation électrique du stator en cas de dépassement d'un seuil de température déterminé.

Dans un mode de réalisation préférentiel, le nombre Zs d'encoches statoriques, le nombre Zr d'encoches rotoriques et le nombre p de paires de pôles sont respectivement égaux à 216, 192, et 12 ; dans ce mode, l'angle d'inclinaison statorique as ou rotorique ar est sensiblement égal à l,7647°±£ _s ou l,7647 ⁰ +£ .

Avantageusement, les encoches statoriques et/ou rotoriques présentent chacune une section de coupe transversale ayant une forme hexagonale pour faciliter l'insertion des éléments conducteurs dans les encoches inclinées. Corrélativement, l'objet de la présente invention concerne selon un deuxième aspect un procédé de fabrication d'une machine électrique rotative telle que celle décrite ci-dessus.

Avantageusement, le procédé de fabrication selon la présente invention comporte une étape de vrillage au cours de laquelle on incline les encoches statoriques ou rotoriques par rapport à l'axe longitudinal du rotor selon un angle d'inclinaison statorique as ou rotorique ar déterminé selon la formule suivante :

s'il existe deux entiers positifs k _x et k _y et un entier relatif β égal à f l ou - l tels que \k _s Z _s — k _^ Z _^ - β2ρ| = 0, 2 ou 4

Dans cette formule, E _s et ε _Γ sont des variables de tolérance mécanique sensiblement comprises entre 0° et 1°.

Dans une mode de réalisation particulier, l'étape de vrillage comporte une comparaison entre 1° et respectivement une borne respectivement égale à :

p ^3"L ~ pour la variable de tolérance mécanique E _S , et pour la variable de tolérance mécanique ε,,,,

Dans ce mode particulier, cette comparaison est suivie d'une détermination des variables de tolérance mécanique s _s et de manière à ce que lesdites variables soient strictement inférieures au minium entre 1° et respectivement une borne respectivement égale à :

pour la variable de tolérance mécanique s _s , et

.¾(.Z _j ÷ )

- pour la variable de tolérance mécanique

L'objet de la présente invention concerne selon un troisième aspect une utilisation d'une machine électrique rotative telle que celle décrite ci-dessus comme moteur et/ou alternateur dans un moyen de transport terrestre du type métro ou train pour la traction électrique dudit moyen de transport.

L'objet de la présente invention concerne selon un quatrième aspect une utilisation d'une machine électrique rotative telle que celle décrite ci-dessus comme moteur et/ou alternateur dans un véhicule terrestre du type automobile électrique ou dans un véhicule naval du type bateau ou sous-marin pour la propulsion électrique dudit véhicule. L'objet de la présente invention concerne selon un cinquième aspect une utilisation d'une machine électrique rotative telle que celle décrite ci-dessus comme alternateur dans une éolienne.

Ainsi, par ses différents aspects fonctionnels et structurels décrits ci-dessus, la présente invention permet de réduire les nuisances vibratoires et sonores rencontrées jusqu'à présent avec les machines asynchrones, notamment en éliminant les harmoniques des ondes de force magnétique se propageant dans l'entrefer entre le stator et le rotor, ces harmoniques étant responsables de bruit acoustique et de vibrations.

Brève description des figures annexées

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention res sortiront de la description ci-dessous, en référence aux figures la-lb à 4 annexées qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif et sur lesquelles :

la figure la représente une vue de dessus en coupe d'une machine asynchrone conforme à un exemple de réalisation de la présente invention ;

la figure lb représente un agrandissement d'une vue de dessus d'une machine asynchrone conforme à la figure la ;

la figure 2 illustre de façon schématique une vue en perspective d'un vrillage selon un exemple de réalisation de la présente invention ;

la figure 3 représente un graphique illustrant l'évolution du bruit acoustique d'une machine asynchrone selon l'invention en fonction de l'évolution du pas d'encoche statorique ;

la figure 4 représente la forme d'une encoche statorique ou ro torique selon un exemple de réalisation de la présente invention.

Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention

Une machine asynchrone selon un exemple de réalisation de la présente invention va maintenant être décrite dans ce qui suit en faisant référence conjointement aux figures la-lb à 4.

Pour mémoire, réduire le bruit acoustique et les vibrations générés par une machine asynchrone est un des objectifs de la présente invention. Dans l'exemple décrit ici, on dispose donc d'une machine électrique rotative 100 de type machine asynchrone.

On connaît de telles machines par exemple dans les voitures électriques. L'homme du métier comprendra ici que d'autres applications avantageuses pourront être envisagées dans le cadre de la présente invention.

Dans l'exemple décrit ici, et comme illustré en figure la, la machine 100 comporte un stator 10 et un rotor 20.

Dans l'exemple décrit ici, le stator 10 et le stator 20 sont constitués chacun notamment par un empilage de tôles feuilletées en matériau ferromagnétique, lesdites tôles étant isolées électriquement les unes des autres.

Dans l'exemple décrit, et comme illustré en figures la et lb, le rotor 20 comprend Zr encoches dites ro toriques 21, et le stator 10 comprend Zs encoches dites statoriques 11.

L'homme du métier comprend que Zr et Zs sont ici des nombres entiers positifs.

Comme illustré en figure 2, ces encoches 11 et 21 s'étendent sensiblement dans la direction longitudinale de la machine (selon l'axe Ar). Ces encoches 11 et 21 sont en regard les unes des autres.

Les encoches rotoriques 21 sont remplies par des barres conductrices formant le bobinage 22 du rotor 20, dit premier bobinage (figure 2).

Dans l'exemple décrit ici, les barres conductrices rotoriques présentent une section en coupe ayant la forme d'un quadrilatère avec une surépaisseur dans la partie centrale. Cette surépaisseur facilite l'insertion des barres rotoriques.

Dans l'exemple décrit ici, les encoches rotoriques 21 présentent une section de coupe transversale ayant une forme hexagonale en vue de dessus comme illustré en figures lb et 4.

Les encoches statoriques 11 peuvent présenter cette même forme.

De préférence, ces encoches 21 sont inclinées linéairement suivant l'axe longitudinal de la machine.

Dans l'exemple décrit ici, les barres conductrices sont mises en court-circuit.

Pour le stator 10, les encoches statoriques 11 sont remplies elle aussi par des barres conductrices formant le bobinage 12 du stator, dit second bobinage (figures 2).

Dans l'exemple décrit ici, ce second bobinage 12 est triphasé.

En d'autres termes, le second bobinage 12 est alimenté par un réseau 30 qui permet dans le bobinage 12 la circulation de trois courants sinusoïdaux déphasés de 120° dans le temps et dans l'espace. Dans l'exemple décrit ici, le rotor 20 et le stator 10 comprennent chacun des moyens de protection respectivement 23 et 13. Ces moyens 23 et 13 sont configurés pour lutter contre les échauffements anormaux des premier 22 et second 12 bobinages en mesurant la température intérieures respectivement des premier 22 et second 12 bobinages, et en coupant l'alimentation électrique du stator 10 en cas de dépassement d'un seuil de température déterminé.

Ces moyens 23 et 13 améliorent la sécurité des machines, notamment en cas de surchauffe.

Dans l'exemple décrit ici, le bobinage 11 triphasé crée dans le stator 10 un champ magnétique tournant ayant p maxima et p minima. On parle de p paires de pôles.

L'onde de flux circulant dans le stator 10 induit alors des courants dans le bobinage 22 fermé du rotor 20. Comme expliqué précédemment, ces courants sont à l'origine du couple fourni par la machine asynchrone 100.

On note ici {r; /} la fréquence temporelle f et la fréquence spatiale r d'une onde tournante circulant dans l'entrefer de la machine 100.

Les encoches statoriques 11 et ro toriques 21 génèrent donc quatre types d'ondes de flux qui sont les suivantes:

B _r _ : {k _y Z _r - p; k _y Z _r f _R - £}

Ici, f _s est la fréquence fondamentale électrique du stator 10 et f _R est la fréquence de rotation mécanique du rotor 20 ; k _s est un entier positif correspondant au rang de l'harmonique de denture statorique et fc„ est un entier positif correspondant au rang de l'harmonique de denture ro torique.

La multiplication de ces ondes de flux circulant dans l'entrefer de la machine, c'est-à- dire entre le stator 10 et le rotor 20 de la machine 100, génère des harmoniques de forces magnétiques radiales et tangentielles.

On sait que les harmoniques de forces tangentielles sont responsables de pulsation de couple, mais également du bruit audible et des vibrations, et que les harmoniques de forces radiales créent des vibrations et du bruit acoustique. Ce sont donc à la fois les harmoniques tangentielles et radiales qu'on cherche à supprimer pour réduire les nuisances vibratoires et acoustiques.

Chaque combinaison de flux crée une harmonique de force issue d'une combinaison dite constructive ou destructive :

= B _s _B _r _ = Î Z - k ^ _{1 r} ^■ — k E f-l

= B _s _B _r _ = {½ ^ k

F ₂ _ k - 2p _} -k Z.J _K - 2f

= B _Z _B., _÷ = ί* ÷ k - 2p _} ÷k _r ∑ _T f _g - 2Q

F = £, B _y ._ = fc¾ - k _r z _r 4 τ. ¾ -.- _» . _ «L _r i ? _T / fg i- -?

F = £, B _r ,_ = fit Z ^■ ÷ k r ^∑ r -¾- ? ? 4- ? f

F ₄ - = B _→ B,. ri. _. . ,Z _r ,

^F 4÷ ri. _. .

Les harmoniques de force F ₁₊ , F _{z f 3 ÷} et F _4i ne peuvent pas être responsables de bruit ou de vibrations car leur fréquence spatiale est trop élevée.

Ce sont donc les harmoniques de force F _i _, F ₂ _. F ₃ _ et F _A _ qu'on cherche à éliminer.

Plus particulièrement, dans l'exemple décrit ici, on vrille les encoches 11 du stator 10 afin de moduler les efforts magnétiques suivant l'axe Ar du rotor 20 pour annuler une des harmoniques de flux impliquées dans F ₃ _, F ₃ _ et F _$ ._ .

Cette étape de vrillage se fait en déterminant le pas de vrillage statorique %. ou rotorique « _s . selon la formule suivante :

s'il existe deux entiers positifs k _s et k _T stim e»tier relatif β égal à 4- 1 ou— 1

tels ue \k _s Z _s - k _r Z _r p2p[ = 0, 2 ou.

360 _¾ 360

alors a;„ =— —— ε_ ou _¾ =— —— 4- ε_

^* U¾¾ ÷ p.p) ^~ ' ^' (k _r Z _r - pp) - ^T dans laquelle z _s et z _r sont des variables de tolérance mécanique sensiblement comprises entre 0° et 1°.

Dans les exemples suivants, on considère les combinaisons d'encoches statoriques et ro toriques de machines électriques où les entiers k _s et k^ valent 1, c'est-à-dire les machines où les harmoniques de denture sont les plus importantes, et où la présente invention est la plus pertinente. Plus particulièrement, si |Zs— Zr j = 0, ou 4 (ordre spatial faible de la force F ₁ _ ou F _j _), une vibration et un bruit important peuvent apparaître à cause des harmoniques des flux B _s _ et B _s ; ces harmoniques sont ici éliminés par un vrillage du stator 10 selon un angle d'inclinaison statorique a _s compris respectivement entre _f * ^cb et _s pour l'angle ¾.

Si jZs— Zr— 2 j = 0,2 ou 4 (ordre spatiale faible de la force F ₂ _), on note une vibration et un bruit important.

Le vrillage du stator 10 par un angle d'inclinaison ¾ = τ^—— - i _. ¾ (et non d'un angle— comme dans l'état de la technique) permet d'éliminer ces nuisances sonores.

Si jZs— Zr -f- 2p| = 0, 2 ou 4 (ordre spatiale faible de la force F ₃ _), on note une vibration et un bruit important.

Le vrillage du stator 10 par un angle d'inclinaison CL = , ^AOT> , 4- ε. (et non d'un

360

angle— comme dans l'état de la technique) permet d'éliminer ces nuisances sonores.

De la même façon, il est possible de vriller les encoches rotoriques 21 pour annuler les harmoniques de flux.

Plus particulièrement, si jZs— Zr| = 0 _f 2 ou 4 (ordre spatiale faible de la force F _t _ ou ¾-), une vibration et un bruit important peuvent apparaître à cause des harmoniques des flux B _r _ et S _r÷ ; ces harmoniques sont ici éliminés par un vrillage du rotor 20 selon un angle de d'inclinaison rotorique a compris respectivement entre _j ,J"° ^t' ^ et ,^ ^&ί pour l'angle

Si \Zs— Zr— 2p| = 0,2 ou 4 (ordre spatiale faible de la force F ₂ _), on note une vibration et un bruit important.

Le vrillage du rotor 20 par un angle d'inclinaison CL — . jr (et non d'un angle— comme dans l'état de la technique) permet d'éliminer ces nuisances sonores. Si \Zs— 7,1 + 2p[ = 0,- 2 DU 4 (ordre spatiale faible de la force F ₃ _), on note une vibration et un bruit important.

Le vrillage du rotor 20 par un angle d'inclinaison . _r = . ^~6 „ ± ε„ (et non d'un

Î.JZ;--P

angle comme dans l'état de la technique) permet d'éliminer ces nuisances sonores.

Le calcul de ces différents pas de vrillage statorique ou rotorique permet de réduire significativement les nuisances sonores d'une machine asynchrone.

Un exemple de gain acoustique pour un cas spécifique de machine 100 est visible sur le graphique illustré en figure 3.

Dans cet exemple, les tests réalisés avec un logiciel de simulation montrent que, sur une machine asynchrone présentant 12 paires de pôles, 192 encoches rotoriques et 216 encoches statoriques, un pas de vrillage statorique sensiblement égal à 1.06 (216/(216- 12)=216/204) pas d'encoche statorique permet une réduction de plus de 10 dB par rapport à une machine ayant un vrillage d'un pas d'encoche statorique comme calculé dans l'état de la technique avec la formule :

Le calcul de ce pas avec la formule proposée dans le cadre de la présente invention permet un gain très significatif sur les performances acoustiques de la machine par rapport au calcul de pas classique proposé dans l'état de la technique.

L'introduction d'un tel pas de vrillage statorique ou rotorique permet de réduire le bruit et les vibrations d'origine magnétique sur les machines ayant une certaine combinaison de nombre d'encoches. On comprend ainsi que la présente invention permet la conception de machine asynchrone avec des performances vibratoires et acoustiques très appréciées.

Sur le plan du processus de fabrication, on prévoit donc dans le cadre de la présente invention une fabrication de la machine asynchrone au cours de laquelle un processeur est configuré pour calculer l'angle d'inclinaison statorique ¾ ou rotorique ¾. selon la formule suivante :

s'il existe: deux entiers positifs k _s et k _T et v . erstier relatif β égal à. - 1 csu— 1

tels que \k^Z _s — k _r Z _r ·¥ β2ρ| = 0 _. , 2 ou 4

360 _r 360 dans laquelle E _s et ε,, sont des variables de tolérance mécanique sensiblement comprises entre 0° et 1°.

Lors de ce calcul, le processeur détermine les variables de tolérance mécanique £_ et ε _γ en comparant 1° avec les valeurs suivantes :

p ^aise pour la variable de tolérance mécanique E _S , et

Plus particulièrement, le processeur est configuré comme suit

lorsque ^{?"" h} est strictement supérieur à 1°, alors la variable de tolérance mécanique ε, est considérée comme étant égale à 1° ; et lorsque celle-ci est inférieur à 1°, alors la variable de tolérance mécanique s _s est considérée comme étant égale à— même façon, lorsque ^ ^∞<J , est strictement supérieur à 1°, alors la variable de

:,.'..z..->- tolérance mécanique ε _τ est considérée comme étant égale à 1° ; et lorsque celle-ci est inférieur à 1°, alors la variable de tolérance mécanique est considérée comme étant égale à

Lors de la fabrication, le processeur transmet donc l'angle d'inclinaison calculée pour réaliser un vrillage statorique (ou rotorique) en fonction de cet angle.

Le calcul d'un tel pas permet également d'augmenter l'efficacité électromagnétique de la machine.

Ainsi, grâce à la présente invention, il est possible de définir des classes de machines asynchrones à la fois moins bruyantes et plus efficaces que les machines actuelles.

Il devra être observé que cette description détaillée porte sur un exemple de réalisation particulier de la présente invention, mais qu'en aucun cas cette description ne revêt un quelconque caractère limitatif à l'objet de l'invention ; bien au contraire, elle a pour objectif d'ôter toute éventuelle imprécision ou toute mauvaise interprétation des revendications qui suivent.

Il devra également être observé que les signes de références mis entre parenthèses dans les revendications qui suivent ne présentent en aucun cas un caractère limitatif ; ces signes ont pour seul but d'améliorer l'intelligibilité et la compréhension des revendications qui suivent ainsi que la portée de la protection recherchée. ANNEXES :

Pas de vrillage statorique Pas de vrillage rotorique

P Zs Zr

optimal en degrés optimal en degrés i 6 2 72 120 i 6 4 72 72 i 6 4 51.42857143 120 i 6 8 72 40 i 6 8 51.42857143 51.42857143 i 6 10 51.42857143 40 i 12 6 32.72727273 51.42857143 i 12 8 32.72727273 40 i 12 10 32.72727273 32.72727273 i 12 10 27.69230769 40 i 12 14 32.72727273 24 i 12 14 27.69230769 27.69230769 i 12 16 27.69230769 24 i 12 18 27.69230769 21.17647059 i 18 12 21.17647059 27.69230769 i 18 14 21.17647059 24 i 18 16 21.17647059 21.17647059 i 18 16 18.94736842 24 i 18 20 21.17647059 17.14285714 i 18 20 18.94736842 18.94736842 i 18 22 18.94736842 17.14285714 i 18 24 18.94736842 15.65217391 i 24 18 15.65217391 18.94736842 i 24 20 15.65217391 17.14285714 i 24 22 15.65217391 15.65217391 i 24 22 14.4 17.14285714 i 24 26 15.65217391 13.33333333 i 24 26 14.4 14.4 i 24 28 14.4 13.33333333 i 24 30 14.4 12.4137931 i 30 24 12.4137931 14.4 i 30 26 12.4137931 13.33333333 i 30 28 12.4137931 12.4137931 i 30 28 11.61290323 13.33333333 i 30 32 12.4137931 10.90909091 i 30 32 11.61290323 11.61290323 i 30 34 11.61290323 10.90909091

¹ 30 36 11.61290323 10.28571429 12 4 36 60

12 6 36 45

12 8 36 36

12 10 36 30

12 14 25.71428571 30

12 16 25.71428571 25.71428571

12 18 25.71428571 22.5

12 20 25.71428571 20

24 16 16.36363636 20

24 18 16.36363636 18

24 20 16.36363636 16.36363636

24 22 16.36363636 15

24 26 13.84615385 15

24 28 13.84615385 13.84615385

24 30 13.84615385 12.85714286

24 32 13.84615385 12

36 28 10.58823529 12

36 30 10.58823529 11.25

36 32 10.58823529 10.58823529

36 34 10.58823529 10

36 38 9.473684211 10

36 40 9.473684211 9.473684211

36 42 9.473684211 9

36 44 9.473684211 8.571428571

48 40 7.826086957 8.571428571

48 42 7.826086957 8.181818182

48 44 7.826086957 7.826086957

48 46 7.826086957 7.5

48 50 7.2 7.5

48 52 7.2 7.2

48 54 7.2 6.923076923

48 56 7.2 6.666666667

60 52 6.206896552 6.666666667

60 54 6.206896552 6.428571429

60 56 6.206896552 6.206896552

60 58 6.206896552 6

60 62 5.806451613 6

60 64 5.806451613 5.806451613

60 66 5.806451613 5.625

60 68 5.806451613 5.454545455

18 8 24 32.72727273 18 10 24 27.69230769

18 12 24 24

18 14 24 21.17647059

18 16 24 18.94736842

18 20 17.14285714 21.17647059

18 22 17.14285714 18.94736842

18 24 17.14285714 17.14285714

18 26 17.14285714 15.65217391

18 28 17.14285714 14.4

36 26 10.90909091 12.4137931

36 28 10.90909091 11.61290323

36 30 10.90909091 10.90909091

36 32 10.90909091 10.28571429

36 34 10.90909091 9.72972973

36 38 9.230769231 10.28571429

36 40 9.230769231 9.72972973

36 42 9.230769231 9.230769231

36 44 9.230769231 8.780487805

36 46 9.230769231 8.372093023

54 44 7.058823529 7.659574468

54 46 7.058823529 7.346938776

54 48 7.058823529 7.058823529

54 50 7.058823529 6.79245283

54 52 7.058823529 6.545454545

54 56 6.315789474 6.79245283

54 58 6.315789474 6.545454545

54 60 6.315789474 6.315789474

54 62 6.315789474 6.101694915

54 64 6.315789474 5.901639344

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72 64 5.217391304 5.373134328

72 66 5.217391304 5.217391304

72 68 5.217391304 5.070422535

72 70 5.217391304 4.931506849

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72 76 4.8 4.931506849

72 78 4.8 4.8

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90 82 4.137931034 4.235294118 90 84 4.137931034 4.137931034

90 86 4.137931034 4.04494382

90 88 4.137931034 3.956043956

90 92 3.870967742 4.04494382

90 94 3.870967742 3.956043956

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90 98 3.870967742 3.789473684

90 100 3.870967742 3.711340206

24 12 18 22.5

24 14 18 20

24 16 18 18

24 18 18 16.36363636

24 20 18 15

24 28 12.85714286 15

24 30 12.85714286 13.84615385

24 32 12.85714286 12.85714286

24 34 12.85714286 12

24 36 12.85714286 11.25

48 36 8.181818182 9

48 38 8.181818182 8.571428571

48 40 8.181818182 8.181818182

48 42 8.181818182 7.826086957

48 44 8.181818182 7.5

48 52 6.923076923 7.5

48 54 6.923076923 7.2

48 56 6.923076923 6.923076923

48 58 6.923076923 6.666666667

48 60 6.923076923 6.428571429

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72 62 5.294117647 5.454545455

72 64 5.294117647 5.294117647

72 66 5.294117647 5.142857143

72 68 5.294117647 5

72 76 4.736842105 5

72 78 4.736842105 4.864864865

72 80 4.736842105 4.736842105

72 82 4.736842105 4.615384615

72 84 4.736842105 4.5

96 84 3.913043478 4.090909091

96 86 3.913043478 4

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96 100 3.6 3.75

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120 108 3.103448276 3.214285714

120 110 3.103448276 3.157894737

120 112 3.103448276 3.103448276

120 114 3.103448276 3.050847458

120 116 3.103448276 3

120 124 2.903225806 3

120 126 2.903225806 2.950819672

120 128 2.903225806 2.903225806

120 130 2.903225806 2.857142857

120 132 2.903225806 2.8125

30 16 14.4 17.14285714

30 18 14.4 15.65217391

30 20 14.4 14.4

30 22 14.4 13.33333333

30 24 14.4 12.4137931

30 36 10.28571429 11.61290323

30 38 10.28571429 10.90909091

30 40 10.28571429 10.28571429

30 42 10.28571429 9.72972973

30 44 10.28571429 9.230769231

60 46 6.545454545 7.058823529

60 48 6.545454545 6.79245283

60 50 6.545454545 6.545454545

60 52 6.545454545 6.315789474

60 54 6.545454545 6.101694915

60 66 5.538461538 5.901639344

60 68 5.538461538 5.714285714

60 70 5.538461538 5.538461538

60 72 5.538461538 5.373134328

60 74 5.538461538 5.217391304

90 76 4.235294118 4.444444444

90 78 4.235294118 4.337349398

90 80 4.235294118 4.235294118

90 82 4.235294118 4.137931034 90 84 4.235294118 4.04494382

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120 130 2.88 2.88

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36 24 12 12

36 26 12 11.25

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36 46 8.571428571 9

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36 52 8.571428571 7.826086957

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72 64 5.454545455 5.142857143 72 80 4.615384615 4.864864865

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72 84 4.615384615 4.615384615

72 86 4.615384615 4.5

72 88 4.615384615 4.390243902

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108 94 3.529411765 3.6

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144 156 2.4 2.4

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144 160 2.4 2.337662338

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180 168 2.068965517 2.068965517

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180 172 2.068965517 2.02247191

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180 190 1.935483871 1.956521739

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42 28 10.28571429 10.28571429

42 30 10.28571429 9.72972973

42 32 10.28571429 9.230769231

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