EP2781007A2 - Rotor a aimants permanents pour une machine electrique tournante - Google Patents

Rotor a aimants permanents pour une machine electrique tournante

Info

Publication number
EP2781007A2
EP2781007A2 EP12812374.2A EP12812374A EP2781007A2 EP 2781007 A2 EP2781007 A2 EP 2781007A2 EP 12812374 A EP12812374 A EP 12812374A EP 2781007 A2 EP2781007 A2 EP 2781007A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
rotor according
shaft
magnets
stack
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12812374.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Marc Elkeletian
Edouard BOMME
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Moteurs Leroy Somer SA
Original Assignee
Moteurs Leroy Somer SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Moteurs Leroy Somer SA filed Critical Moteurs Leroy Somer SA
Publication of EP2781007A2 publication Critical patent/EP2781007A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect

Definitions

  • the present invention relates to rotating electrical machines, including synchronous machines, including motors, and more particularly the rotors of such machines.
  • the invention is concerned with permanent magnet and flux concentration rotors.
  • the flux concentration rotors comprise a rotor mass in which permanent magnets are housed, the latter being engaged in housings oriented most often radially.
  • the magnetic flux of the permanent magnets must bounce at the level of the stator through the air gap and not at the level of the rotor, in particular of its shaft.
  • rotors comprising a non-magnetic hub on which polar parts are inserted between which are inserted the permanent magnets, as described for example in the patent applications EP 1 152 516 and EP 1 249 919.
  • the magnetic poles located on either side of the magnets, are totally separated magnetically and also constitute separate parts. Such a configuration can complicate the establishment of the magnetic poles and their maintenance on the hub.
  • pole pieces are also separate pieces.
  • the patent application DE 10 200 003228 relates to a rotating electronic machine rotor comprising permanent magnets arranged in housings open towards the inside of the rotor, but without the means for driving in rotation of the rotor mass are described. The same is true of the patent application EP 1 420 499. There are also solutions consisting of making one or more recesses in the rotor to limit magnetic flux losses. Applications US 2007/0252469 and WO 2009/153511 describe solutions of this type.
  • the pole pieces are connected to the hub of the rotor by material bridges, in particular by two material bridges at the foot of each magnet on either side thereof, and the magnets are blocked. between the pole pieces by centrifugation.
  • material bridges at the foot of the permanent magnets has a negative impact on the mass power of the machine and the wedging of the magnets between the pole pieces is not necessarily optimal.
  • the presence of magnetic steel under the magnets can generate magnetic flux leaks that can be significant and deteriorate the characteristics electromagnetic machine.
  • the flux losses can take place on a significant part of the height of the magnet measured radially, up to 25% for example.
  • An object of the invention is to reduce or even eliminate flux leakage, especially at the foot of magnets.
  • the present invention aims to meet this need and to overcome all or part of the disadvantages mentioned above.
  • the object of the invention is, according to one of its aspects, a rotating electric machine rotor with flux concentration, comprising:
  • a rotor mass disposed on the shaft, having a central opening for mounting it on the shaft, and comprising:
  • the stack defining the housings in which the permanent magnets are arranged.
  • Such a configuration makes it possible to minimize or even eliminate magnetic leaks at the foot of the magnets, which are suitable for stacking, thanks to the absence of material magnetic between the magnets and the shaft. This absence is not detrimental to the cohesion of the rotor mass, thanks to the fact that at least one of the layers is in one piece.
  • a magnetic sheet layer, or even all magnetic sheet layers, can be in one piece.
  • the rotor mass is advantageously formed entirely by an assembly of rotor plates each monobloc or by a winding of a sector band.
  • the rotor is devoid of reported pole pieces, and the construction of the rotor is simplified.
  • the stack of magnetic sheet layers may comprise a stack of magnetic sheets, each in one piece, each sheet forming a layer of the stack.
  • a magnetic sheet layer may be formed of several independent sectors, arranged alternately with the magnets and held together by an outer ring.
  • the stack of magnetic sheet layers may comprise one or more magnetic sheet (s) wound (s) on it (s) itself, each sheet may form several layers of the stack according to the number of turns on which it is rolled up on itself.
  • a sheet may comprise a succession of sectors connected by material bridges.
  • Material bridges can form the bottom of a housing of a permanent magnet, on the side of the gap.
  • a sheet may comprise a number of sectors equal to the number of poles of the rotor.
  • a sheet may comprise a number of sectors greater than the number of rotor poles, for example a multiple of the number of rotor poles, two sectors of one and the same plate that can be superimposed on one another when the sheet is wound to form the rotor mass.
  • each rotor plate is cut from a sheet of magnetic steel, for example steel 0.1 to 1.5 mm thick.
  • the sheets can be coated with an electrical insulating varnish on their opposite faces before assembly within the stack. The insulation can still be obtained by a heat treatment of the sheets.
  • the sheet (s) are open towards the rotor shaft.
  • Each of the sheets can define at least two housings for permanent magnets, in particular at least three, better a housing number equal to the number of rotor poles, or more.
  • At least one housing is of oblong shape, preferably elongated in a radial direction.
  • Preferably, all the housings are oblong, elongate in a radial direction.
  • the housings may have an axis of greater size which coincides with a radius of the rotor, or not. The larger axis may be parallel to a radius.
  • Such dwellings include dwellings for which the greatest radial dimension of the dwelling is greater than the greatest circumferential dimension of the dwelling, measured between two points at the same distance from the center, along a segment passing through these points and perpendicular to a bisecting ray.
  • the distribution of the housings is advantageously regular and symmetrical, facilitating the cutting of the rotor sheet and the mechanical stability after cutting when the rotor mass consists of a superposition of rotor plates.
  • the number of housings and magnets depends on the polarity of the rotor.
  • the rotor mass may comprise any number of housing pairs, for example 6 or 8 slots.
  • the dwellings may have a longitudinal dimension, in particular radial, greater than or equal to that of the permanent magnets received inside these dwellings. This may allow wider manufacturing tolerances of the rotor mass and magnets and may allow, if necessary, jamming of the magnets in the housings by centrifugation.
  • Magnets can be buried in the rotor mass. In other words, the magnets are covered by the layers of magnetic sheets at the gap. The surface of the rotor at the air gap can be entirely defined by the edge of the magnetic sheet layers and not by the magnets. The housing does not open then radially outward.
  • the shaft may be made of a non-magnetic material, for example non-magnetic stainless steel, aluminum or plastic, which advantageously makes it possible to further reduce magnetic leakage and to improve the electromagnetic performance of the rotor.
  • the shaft may comprise a nonmagnetic sleeve in contact with the rotor mass, the sleeve being mounted on an axis, magnetic or not, preferably non-magnetic.
  • the shaft may be without an insert. It can be completely non-magnetic.
  • the rotor may be devoid of insert between the rotor mass and the shaft.
  • the shaft may comprise torque transmission means for driving in rotation of the rotor mass, for example splines at its periphery, or flats in contact with corresponding plates formed on the rotor mass.
  • the embodiment of the grooves may advantageously require only a little precision, while providing a satisfactory result in the mounting and driving of the rotor mass.
  • the shaft may have grooves at its periphery, which can penetrate into correspondingly shaped notches in the rotor mass.
  • the shaft may have notches for receiving correspondingly shaped grooves formed in the rotor mass.
  • the profile of a groove may be in cross-sectionally developing section, which may facilitate the centering of the shaft relative to the rotor mass, and excellent torque transmission.
  • the profile of the grooves may be different and the centering to be otherwise.
  • the grooves may for example be made by cold deformation, in particular by rolling by means of rollers, or by cutting, or broaching, or by another method.
  • the grooves may extend over a portion only of the length of the shaft, and in particular over all or part of the length of the rotor.
  • the flutes may extend over several portions of the length of the shaft, separated by one or more portions without flutes, for example two fluted portions each located at one end of the rotor mass.
  • the length of the grooved zone (s) may be chosen so as to be sufficient to allow the transmission of torque, while at the same time making it possible to limit the manufacturing difficulties of these splines.
  • the number of splines may be equal to the number of poles of the rotor, or be a multiple of the number of poles of the rotor, for example double.
  • the grooves extend radially beyond permanent magnets.
  • the permanent magnets are farther from the axis of rotation than the top of the flutes.
  • the grooves thus cooperate with a sheet portion that is not radially at the same level as one or more magnets.
  • the grooves protrude in the stack between two consecutive permanent magnets.
  • the flutes extend radially at least partially between the permanent magnets.
  • the permanent magnets may each have, in cross section, a shape not entirely rectangular and not completely trapezoidal.
  • the magnets may for example have a shape that is both partially rectangular and partially trapezoidal.
  • a magnet may comprise in cross section two edges which are parallel to one another on a first portion of the cross section of the magnet, and two edges converging towards each other towards the axis of rotation on a second portion of the cross section of the magnet.
  • This second portion may be closer to the axis of rotation than the first portion.
  • the permanent magnets thus have a tapered shape at their end closest to the axis of rotation, which makes it easier to keep close to the shaft a width of the sheet between the magnets sufficient, especially for the strength of the rotor , while benefiting from magnets with a large radial dimension and therefore a rotor mass having a large radial extent, with a shaft having a relatively small diameter.
  • the rotor mass and the magnets can be configured to allow the placing of the magnets in the stack of magnetic sheet layers only in one direction, so as to act as a polarizer during assembly and avoid fixing a magnet with a reversed polarity relative to that which is appropriate. Keying can be achieved in a variety of ways.
  • the sheets may be slightly offset relative to each other in the stack, a magnet having a corresponding dissymmetry, so as to allow the insertion of a magnet in the stack only in one direction.
  • the rotor mass may for example comprise a reported polarizer fixed to the sheet stack before the establishment of magnets.
  • the polarizer is for example integrated in a magnetic envelope of the permanent magnets, present on the latter before their introduction into the stack.
  • a permanent magnet may be asymmetrical with respect to a median plane and be for example asymmetrical with respect to a radius of the rotor cutting it in the middle, once in place thereon.
  • a dwelling may be asymmetrical with respect to a median plane.
  • Such a plane can extend both longitudinally and radially.
  • each of the two edges of a permanent magnet which converge towards each other can respectively form with a radius of the cutting rotor the magnet corresponding in its middle a first angle and a second angle, the first and second angles being different.
  • Two consecutive magnets may be placed symmetrically to each other with respect to a plane passing between them, this plane extending both radially and longitudinally, that is to say along the axis of rotation of the rotor, for example with respect to a radius of the rotor passing between them.
  • two consecutive magnets are placed inverted in the stack.
  • two consecutive housings may also be symmetrical to one another with respect to a plane containing a radius of the rotor and passing between them.
  • At least one housing may have a first portion which is delimited laterally by opposite edges parallel to each other. At least one housing may have a second portion which is delimited laterally by opposite edges converging towards each other in the direction of the axis of rotation.
  • a convergent edge of a housing and a consecutive convergent edge of the consecutive housing can form with a radius of the rotor passing in their middle two equal angles.
  • the portion of sheet defined by the two consecutive housings then has edges forming with respective radii of the rotor cutting the sheet portion in the middle two equal angles.
  • the two consecutive edges may in one embodiment be parallel. All two consecutive edges of the sheets can be parallel two by two.
  • the two edges of a portion of sheet metal on two can be parallel to each other when moving around the axis of rotation of the rotor, while the edges of the other sheet portions converge toward the axis of rotation.
  • At least one housing may have a third portion delimited by convergent opposing edges that can cooperate with the shaft to allow the drive of the rotor mass.
  • the opposite edges of the third portion may or may not be rectilinear. They may for example be curved, of shape corresponding at least partially to the shape of the flutes.
  • At least one permanent magnet may comprise a mark making it possible to differentiate one from the other its two longitudinal end faces. It may be for example a colored sign. This mark can help the operator to correctly orient the magnet when inserted into the corresponding slot.
  • All permanent magnets may include a mark for differentiating the two longitudinal end faces of a magnet from one another. These marks can allow easy and quick visual inspection of the correct placement of the magnets in their housing after assembly. For example, when we observe the rotor along its axis of rotation by one of its ends, we can see the presence of the mark on all magnets on one side, and no mark on the other side. As a variant, especially in the case where two consecutive housings are different and symmetrical with respect to each other, it is possible to note the presence of a mark on one magnet out of two, and the same is true when observe the rotor on the other side.
  • the rotor can be cantilevered or not.
  • the rotor mass may comprise one or more holes to lighten the rotor, to allow its balancing or for the assembly of the rotor plates constituting it. Holes may allow the passage of tie rods now integral with the sheets.
  • the sheet layers can be snapped onto each other.
  • the housings can be filled at least partially with a non-magnetic synthetic material. This material can lock in place the magnets in the housing and / or increase the cohesion of the sheet package.
  • the rotor mass may comprise, where appropriate, one or more reliefs contributing to the proper positioning of the magnets, especially in the radial direction.
  • the rotor mass may have an outer contour which is circular or multilobed, a multi-lobed shape may be useful for example to reduce torque ripples or harmonics of current or voltage.
  • the rotor can receive an outer ring, which surrounds the package of sheets. This can reduce the width of the material bridge connecting two consecutive sectors.
  • a rotary electric machine rotor with flux concentration comprising:
  • a rotor mass disposed on the shaft, defining a central opening for mounting it on the shaft, and comprising:
  • the permanent magnets having in cross section two radial edges which are convergent towards each other in the direction of the axis of rotation, on a portion of the cross section of the magnet.
  • the permanent magnets thus have a tapered shape at their end closest to the axis of rotation, which makes it possible to maintain a sufficient width of the sheet between the magnets, in particular for the strength of the rotor, while benefiting from magnets having a relatively large radial dimension.
  • Each of the two radial edges of a permanent magnet that are convergent towards one another can form respectively with a radius of the cutting rotor the corresponding magnet in its middle a first angle and a second angle, the first and second angles being different.
  • a permanent magnet is asymmetrical with respect to a radius of the rotor cutting it in the middle and with respect to a median plane.
  • a housing is asymmetrical with respect to a radius of the rotor cutting it in the middle and relative to a median plane.
  • the housing can open radially to the central opening.
  • the rotor thus defined may also include one or more of the characteristics mentioned above.
  • the invention also relates to a rotating electrical machine, such as a synchronous motor or a synchronous generator, comprising one of the rotors as defined above.
  • This machine may comprise a stator with concentrated or distributed winding.
  • FIG. 1 is a diagrammatic and partial perspective view of an exemplary rotor made in accordance with the invention
  • FIG. 2 is a schematic and partial perspective view of the rotor shaft of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a cross-section, diagrammatically and partially, of the rotor of FIG. 1;
  • FIG. 4 represents, in isolation and from the front, a magnetic sheet,
  • FIG. 5 represents a detail of FIG. 4,
  • FIG. 6 represents a detail of embodiment of FIG. 3,
  • FIG. 7 is a view similar to FIG. 6 illustrating an alternative embodiment
  • FIGS. 7a and 7b are views similar to FIG. 7 of alternative embodiments.
  • the rotor 1 shown in FIG. 1 comprises a rotor magnetic mass 3 extending axially along the axis of rotation X of the rotor, this rotor mass being for example formed by a stack of magnetic sheets 4 stacked along the X axis, the sheets being for example identical and superimposed exactly. They can be held in each other by clipping, rivets, welds or any other technique.
  • the rotor mass may comprise at least one magnetic sheet wound on itself.
  • a sheet comprises a succession of sectors 4a connected by material bridges 4b, the material bridges can form the bottom of a housing of a permanent magnet.
  • the magnetic sheets are preferably magnetic steel. All grades of magnetic steel can be used.
  • the rotor mass 3 is mounted on a shaft 2 which, in the example considered, is made of a non-magnetic material, for example non-magnetic stainless steel or aluminum.
  • the material may for example be type 304 nonmagnetic stainless steel.
  • the rotor mass 3 comprises a central opening 5 for mounting on the shaft 2.
  • the fixing of the rotor mass 3 on the shaft 2 can be done by means of an axial locking system, for example with one side a stop 2b material and on the other side a serrated stop washer 6.
  • the assembly can be performed cold or hot.
  • the transmission of the torque is obtained by grooves 2a disposed at the periphery of the shaft 2.
  • the profile of a groove may be in cross section involute.
  • the flutes may extend over one or more portions only of the length of the shaft, as illustrated in Figure 2, where the flutes extend over two portions of the length of the shaft separated by a portion without flutes, each located at one end of the rotor mass.
  • the clearances 2c obtained on both sides of the fluted portions may allow to receive any chips that would be formed during the establishment of the rotor mass 3 on the shaft 2, and not to disturb the good axial positioning of the assembly.
  • the stiffness of the rotor mass is preferably chosen so that the latter can deform when mounting on the spline shaft.
  • the rotor 1 comprises a plurality of permanent magnets 7 arranged in corresponding housings 8 of the rotor magnetic mass 3, so that two consecutive magnets 7 have the same polarities on their facing faces.
  • the magnets may for example be made of ferrite or alternatively rare earths, for example neodymium or other type.
  • the rotor 1 is disposed inside a not shown stator, which comprises for example a concentrated or distributed winding.
  • This stator makes it possible to generate a rotating magnetic field driving the rotor in rotation, in the context of a synchronous motor, and in the case of an alternator, the rotation of the rotor induces an electromotive force in the stator windings.
  • the housings 8 do not open on the outside of the rotor sheet.
  • the housings 8 may in particular be separated from the periphery of the rotor sheet by the material bridge 4b formed in the sheet, of a thickness e preferably between 0.1 and 3 mm.
  • the magnets can be configured to provide a keying when they are placed in the rotor mass.
  • they may in particular be asymmetrical with respect to a median plane intersecting them in their middle. They may for example each have, in cross section, a shape not entirely rectangular and not completely trapezoidal.
  • the permanent magnets may be symmetrical with respect to a plane intersecting them in the middle, being in particular of rectangular shape, as illustrated in FIG. 7a, or rectangular with an end refined symmetrically with respect to a median plane intersecting them. in the middle, as shown in Figure 7b.
  • the sectors 4a and the housings 8 have a shape corresponding to that of the magnets, and the shape of the sectors 4a toward their free end closest to the shaft corresponds to the shape of the grooves 2a, as illustrated in FIG. 5.
  • Each housing 8 may have a radial dimension / greater than that of the corresponding magnets. More particularly, each housing 8, as illustrated in FIGS. 3 to 6, may comprise a main portion 8a whose radial dimension corresponds to that of the associated magnet 7, and an end portion 8b radially internal to the magnet 7. as shown in Figure 6.
  • the main portion 8a of a housing has for example a shape that corresponds substantially to that of the magnet 7, in cross section.
  • a magnet 7 has in cross section two radial edges 34 which are parallel to one another on a first portion 7a of the cross section of the magnet, and two radial edges 35 converging on one side. towards the other towards the axis of rotation on a second portion 7b of the cross section of the magnet, and the housing 8 has on the main portion 8a opposite edges 30 of corresponding shape, parallel to each other. another along the first portion 7a and opposite edges 31 converging along the second portion 7b of the magnet.
  • the magnets are thus asymmetrical each relative to a respective median plane S.
  • Two consecutive magnets are placed symmetrically to each other by relative to a plane P passing between them, as shown in Figure 4.
  • the planes P and S are planes extending both radially and longitudinally. Thus, two consecutive magnets are placed inverted in the housing of the sheets.
  • two consecutive housings 8 are symmetrical to each other with respect to the plane P passing between them.
  • the two consecutive edges 31 of two consecutive housings on the second portion 7b of the magnets are in the exemplary embodiment shown parallel to each other once in two when one moves around the rotational axis of the rotor and defines an end sheet portion 4c 'of the sector 4a having parallel edges.
  • a convergent edge 31 of a housing and a consecutive convergent edge 31 of the subsequent housing can form with a radial plane of the rotor passing in their middle two equal angles.
  • ends of sectors 4c 'with parallel edges 31 alternate with ends of sectors 4c "with convergent edges 31 when moving around the axis of rotation of the rotor, as can be seen in FIG.
  • the housing 8 further has an end portion 8b which is delimited laterally by convergent opposite edges 32 towards each other in the direction of the axis of rotation.
  • the opposite edges 32 may be rectilinear or not. They can for example be curved.
  • the edges 32 have the shape of a involute of circle, so that the profile of the sheet corresponds to the profile of the corresponding groove 2a.
  • the edges 32 open into the central opening of the rotor. These convergent opposing edges 32 of the second portion cooperate with the shaft to allow driving of the rotor mass.
  • the grooves 2a extend radially beyond the permanent magnets.
  • the permanent magnets extend radially beyond the flutes.
  • the grooves 2a thus cooperate with a sheet portion which is not radially adjacent to one or more magnets.
  • the grooves 2a can project into the stack between two consecutive permanent magnets.
  • the flutes extend radially at least partially between the permanent magnets. If necessary, the grooves can come directly into contact with the magnets.
  • the rotor mass can be configured to allow the placement of the magnets in the stack of magnetic sheet layers in one direction, so as to play the role of polarizer during assembly.
  • All permanent magnets may have an M mark to differentiate the two longitudinal end faces of a magnet from one another. For example, as illustrated in FIG. 3, when the rotor is observed along its axis of rotation by one of its ends, the presence of the mark on one magnet out of two is observed, and it is the same when the rotor is observed on the other side. This result is due to the fact that in the example described two consecutive housings are different and symmetrical with respect to each other.
  • a synthetic material can be injected into the housings 8, so as to block the magnets in the housing 8 and / or ensure the cohesion of the sheet package.
  • the material used is for example an epoxy resin or a thermoplastic material.
  • the Locking of the magnets 7 can also be effected by clamping under the action of the centrifugal force.
  • the sheets can be made with holes to allow the passage of connecting rods of the laminations of the rotor mass.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

La présente invention est relative à un rotor de machine électrique tournante à concentration de flux, comportant: -un arbre (2) s'étendant selon un axe de rotation du rotor, et -une masse rotorique (3) disposée sur l'arbre, présentant une ouverture centrale pour son montage sur l'arbre, et comportant: -des aimants permanents (7) disposés dans des logements débouchant radialement sur l'ouverture centrale (4), -un empilement de couches de tôle magnétique (4), une couche de tôle magnétique au moins étant d'un seul tenant, l'empilement définissant les logements (18) dans lesquels sont disposés les aimants permanents.

Description

ROTOR DE MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE A AIMANTS PERMANENTS
La présente invention concerne les machines électriques tournantes, notamment les machines synchrones, dont les moteurs, et plus particulièrement les rotors de telles machines. L'invention s'intéresse aux rotors à aimants permanents et à concentration de flux. Les rotors à concentration de flux comportent une masse rotorique dans laquelle sont logés des aimants permanents, ces derniers étant engagés dans des logements orientés le plus souvent radialement.
Pour que les pertes de flux magnétique dans de tels rotors soient réduites, le flux magnétique des aimants permanents doit se reboucler au niveau du stator à travers l'entrefer et non au niveau du rotor, notamment de son arbre.
Pour ce faire, il existe plusieurs solutions connues présentant chacune des inconvénients.
Il existe notamment des rotors comportant un moyeu amagnétique sur lequel sont rapportés des pièces polaires entre lesquelles sont insérés les aimants permanents, comme décrit par exemple dans les demandes de brevet EP 1 152 516 et EP 1 249 919. Dans ces demandes, les pôles magnétiques, situés de part et d'autre des aimants, sont totalement séparés magnétiquement et constituent en outre des pièces séparées. Une telle configuration peut compliquer la mise en place des pôles magnétiques et leur maintien sur le moyeu.
Dans la demande EP 0 013 157, les pièces polaires sont également des pièces séparées.
Dans le brevet US 5 452 590, les pièces polaires sont fixées sur le moyeu par des vis ou y sont retenues par des extensions de forme trapézoïdale.
Le brevet US 5 684 352 enseigne de relier les pôles magnétiques à leurs extrémités inférieures et supérieures par des régions ayant subi un traitement rendant localement la tôle amagnétique. Cette solution implique la mise en œuvre d'un traitement thermique relativement coûteux.
La demande de brevet DE 10 200 003228 porte sur un rotor de machine électronique tournante comportant des aimants permanents disposés dans des logements ouverts vers l'intérieur du rotor, mais sans que les moyens d'entraînement en rotation de la masse rotorique soient décrits. Il en est de même de la demande de brevet EP 1 420 499. Il existe également des solutions consistant à réaliser un ou plusieurs évidements dans le rotor afin de limiter les pertes de flux magnétique. Les demandes US 2007/0252469 et WO 2009/153511 décrivent des solutions de ce type.
Dans la demande WO 2009/153511, les pièces polaires sont reliées au moyeu du rotor par des ponts de matière, notamment par deux ponts de matière au pied de chaque aimant de part et d'autre de celui-ci, et les aimants sont bloqués entre les pièces polaires par centrifugation. La présence de ponts de matière au pied des aimants permanents a un impact négatif sur la puissance massique de la machine et le calage des aimants entre les pièces polaires n'est pas nécessairement optimal.
La présence d'acier magnétique sous les aimants, provenant soit de l'arbre réalisé dans un acier magnétique, soit de la masse rotorique réalisée par un empilement de tôles magnétiques, peut générer des fuites de flux magnétique qui peuvent être importantes et détériorer les caractéristiques électromagnétiques de la machine. Les pertes de flux peuvent avoir lieu sur une part importante de la hauteur de l'aimant mesurée radialement, jusqu'à 25 % par exemple.
Un objet de l'invention est de permettre de diminuer, voire de supprimer, les fuites de flux, notamment au pied des aimants.
Il existe ainsi un besoin pour perfectionner encore les rotors à concentration de flux, notamment afin de réduire leur coût de fabrication tout en bénéficiant de performances électriques et mécaniques satisfaisantes.
La présente invention vise à répondre à ce besoin et à remédier à tout ou partie des inconvénients mentionnés ci-dessus.
L'invention a pour objet, selon l'un de ses aspects, un rotor de machine électrique tournante à concentration de flux, comportant :
- un arbre s 'étendant selon un axe de rotation du rotor, et
- une masse rotorique disposée sur l'arbre, présentant une ouverture centrale pour son montage sur l'arbre, et comportant :
- des aimants permanents disposés dans des logements débouchant radialement sur l'ouverture centrale, et
- un empilement de couches de tôle magnétique, une couche de tôle magnétique au moins étant notamment d'un seul tenant, l'empilement définissant les logements dans lesquels sont disposés les aimants permanents.
Une telle configuration permet de minimiser, voire de supprimer, les fuites magnétiques au pied des aimants, propres à l'empilement, grâce à l'absence de matière magnétique entre les aimants et l'arbre. Cette absence n'est pas préjudiciable à la cohésion de la masse rotorique, grâce au fait qu'au moins l'une des couches est d'un seul tenant.
Une couche de tôle magnétique, voire toutes les couches de tôle magnétique, peuvent être d'un seul tenant.
La masse rotorique est avantageusement formée entièrement par un assemblage de tôles rotoriques chacune monobloc ou par un enroulement d'une bande de secteurs. Ainsi, le rotor est dépourvu de pièces polaires rapportées, et la construction du rotor s'en trouve simplifiée.
L'empilement de couches de tôle magnétique peut comporter un empilement de tôles magnétiques, chacune d'un seul tenant, chaque tôle formant une couche de l'empilement.
En variante, une couche de tôle magnétique peut être formée de plusieurs secteurs indépendants, disposés en alternance avec les aimants et maintenus entre eux par une frette extérieure.
En variante encore, l'empilement de couches de tôle magnétique peut comporter une ou plusieurs tôle(s) magnétique(s) enroulée(s) sur elle(s)-même(s), chaque tôle pouvant former plusieurs couches de l'empilement, selon le nombre de tours sur lesquels elle est enroulée sur elle-même.
Une tôle peut comporter une succession de secteurs reliés par des ponts de matière. Les ponts de matière peuvent former le fond d'un logement d'un aimant permanent, du côté de l'entrefer.
Une tôle peut comporter un nombre de secteurs égal au nombre de pôles du rotor. En variante, une tôle peut comporter un nombre de secteurs supérieur au nombre de pôles du rotor, par exemple un multiple du nombre de pôles du rotor, deux secteurs d'une même tôle pouvant venir se superposer l'un sur l'autre lorsque la tôle est enroulée pour former la masse rotorique.
Chaque tôle rotorique est par exemple découpée dans une feuille d'acier magnétique, par exemple de l'acier de 0,1 à 1 ,5 mm d'épaisseur. Les tôles peuvent être revêtues d'un vernis isolant électrique sur leurs faces opposées avant leur assemblage au sein de l'empilement. L'isolation peut encore être obtenue par un traitement thermique des tôles.
La ou les tôle(s) sont ouvertes vers l'arbre du rotor. Chacune des tôles peut définir au moins deux logements pour les aimants permanents, notamment au moins trois, mieux un nombre de logement égal au nombre de pôles du rotor, voire plus. Au moins l'un des logements est de forme oblongue, allongé de préférence selon une direction radiale. De préférence, tous les logements sont de forme oblongue, allongés selon une direction radiale. Les logements peuvent avoir un axe de plus grande dimension qui coïncide avec un rayon du rotor, ou non. L'axe de plus grande dimension peut être parallèle à un rayon.
De tels logements englobent les logements pour lesquels la plus grande dimension radiale du logement est supérieure à la plus grande dimension circonférentielle du logement, mesuré entre deux points à une même distance du centre, le long d'un segment passant par ces points et perpendiculaire à un rayon bissecteur.
La répartition des logements est avantageusement régulière et symétrique, facilitant la découpe de la tôle rotorique et la stabilité mécanique après découpe quand la masse rotorique est constituée d'une superposition de tôles rotoriques.
Le nombre de logements et d'aimants dépend de la polarité du rotor. La masse rotorique peut comporter un nombre quelconque de paires de logements, par exemple 6 ou 8 logements.
Les logements peuvent avoir une dimension longitudinale, notamment radiale, supérieure ou égale à celle des aimants permanents reçus à l'intérieur de ces logements. Cela peut autoriser des tolérances de fabrication plus larges de la masse rotorique et des aimants et peut permettre, le cas échéant, un coincement des aimants dans les logements par centrifugation.
Les aimants peuvent être enterrés dans la masse rotorique. Autrement dit, les aimants sont recouverts par les couches de tôles magnétiques au niveau de l'entrefer. La surface du rotor au niveau de l'entrefer peut être entièrement définie par le bord des couches de tôles magnétiques et non par les aimants. Les logements ne débouchent alors pas radialement vers l'extérieur.
L'arbre peut être réalisé dans un matériau amagnétique, par exemple de l'inox amagnétique, de l'aluminium ou du plastique, ce qui permet avantageusement de diminuer encore les fuites magnétiques et d'améliorer les performances électromagnétiques du rotor. L'arbre peut comporter un manchon amagnétique en contact avec la masse rotorique, le manchon étant monté sur un axe, magnétique ou non, de préférence amagnétique.
En variante, l'arbre peut être dépourvu de pièce rapportée. Il peut être entièrement amagnétique. Autrement dit, le rotor peut être dépourvu de pièce rapportée entre la masse rotorique et l'arbre. L'arbre peut comporter des moyens de transmission de couple pour l'entraînement en rotation de la masse rotorique, par exemple des cannelures à sa périphérie, ou encore des méplats en contact avec des plats correspondants ménagés sur la masse rotorique. La réalisation des cannelures peut avantageusement ne nécessiter que peu de précision, tout en fournissant un résultat satisfaisant quant au montage et à l'entraînement de la masse rotorique.
L'arbre peut comporter des cannelures à sa périphérie, lesquelles peuvent pénétrer dans des encoches de forme correspondante ménagées dans la masse rotorique.
En variante, l'arbre peut comporter des encoches pour recevoir des cannelures de forme correspondante formées dans la masse rotorique.
Le profil d'une cannelure peut être en section transversale en développante de cercle, ce qui peut faciliter le centrage de l'arbre par rapport à la masse rotorique, et une excellente transmission de couple. Bien entendu, le profil des cannelures peut être autre et le centrage se faire autrement. Les cannelures peuvent être par exemple réalisées par déformation à froid, notamment par roulage au moyen de molettes, ou encore par taillage, ou par brochage, ou encore par un autre procédé.
Les cannelures peuvent s'étendre sur une portion seulement de la longueur de l'arbre, et notamment sur tout ou partie de la longueur du rotor. Les cannelures peuvent s'étendre sur plusieurs portions de la longueur de l'arbre, séparées par une ou plusieurs portions sans cannelures, par exemple deux portions cannelées situées chacune à une extrémité de la masse rotorique. La longueur de la ou des zone(s) cannelée(s) peut être choisie de manière à être suffisante pour permettre la transmission de couple, tout en permettant de limiter les difficultés de fabrication de ces cannelures.
Le nombre de cannelures peut être égal au nombre de pôles du rotor, ou être un multiple du nombre de pôles du rotor, par exemple le double.
Dans un exemple de réalisation, les cannelures s'étendent radialement en-deçà des aimants permanents. Autrement dit, les aimants permanents sont plus éloignés de l'axe de rotation que le sommet des cannelures. Les cannelures coopèrent ainsi avec une portion de tôle qui n'est pas radialement au même niveau qu'un ou plusieurs aimants.
En variante, les cannelures font saillie dans l'empilement entre deux aimants permanents consécutifs. Autrement dit, les cannelures s'étendent radialement au moins partiellement entre les aimants permanents.
Lorsque l'on se déplace depuis l'axe de rotation jusqu'à un aimant selon une direction radiale, on peut ne pas rencontrer de matériau magnétique. Les aimants permanents peuvent présenter chacun, en section transversale, une forme non entièrement rectangulaire et non entièrement trapézoïdale. Les aimants peuvent par exemple présenter une forme à la fois partiellement rectangulaire et partiellement trapézoïdale. Un aimant peut par exemple comporter en section transversale deux bords qui sont parallèles l'un à l'autre sur une première portion de la section transversale de l'aimant, et deux bords convergeant l'un vers l'autre en direction de l'axe de rotation sur une deuxième portion de la section transversale de l'aimant.
Cette deuxième portion peut être plus proche de l'axe de rotation que la première portion. Les aimants permanents ont ainsi une forme effilée à leur extrémité la plus proche de l'axe de rotation, ce qui permet plus facilement de conserver à proximité de l'arbre une largeur de la tôle entre les aimants suffisante, notamment pour la solidité du rotor, tout en bénéficiant d'aimants ayant une dimension radiale importante et donc d'une masse rotorique ayant une étendue radiale importante, avec un arbre ayant un diamètre relativement peu important.
La masse rotorique et les aimants peuvent être configurés pour ne permettre la mise en place des aimants dans l'empilement de couches de tôle magnétique que dans un seul sens, de manière à jouer le rôle de détrompeur lors du montage et éviter de fixer un aimant avec une polarité inversée par rapport à celle qui convient. Le détrompage peut être obtenu de diverses façons. Les tôles peuvent être légèrement décalées les unes par rapport aux autres dans l'empilement, un aimant présentant une dissymétrie correspondante, de manière à n'autoriser l'insertion d'un aimant dans l'empilement que dans un seul sens.
Le détrompage peut être obtenu grâce à la configuration de l'empilement et des aimants, comme expliqué ci-dessus, ou en variante grâce à l'usage d'un détrompeur rapporté sur l'aimant ou sur l'empilement.
La masse rotorique peut par exemple comporter un détrompeur rapporté, fixé à l'empilement de tôle avant la mise en place des aimants. En variante ou additionnellement, le détrompeur est par exemple intégré à une enveloppe magnétique des aimants permanents, présente sur ces derniers avant leur mise en place dans l'empilement.
Le détrompage peut avantageusement être obtenu grâce à une forme particulière des aimants. Un aimant permanent peut être asymétrique par rapport à un plan médian et être par exemple asymétrique par rapport à un rayon du rotor le coupant en son milieu, une fois en place sur celui-ci. De même, un logement peut être asymétrique par rapport à un plan médian. Un tel plan peut s'étendre à la fois longitudinalement et radialement. Une telle configuration permet de n'autoriser lors de la mise en place des aimants dans leur logement qu'un seul sens de montage, et donc de jouer le rôle de détrompeur mécanique.
Du fait de la dissymétrie, chacun des deux bords d'un aimant permanent qui sont convergents l'un vers l'autre peuvent former respectivement avec un rayon du rotor coupant l'aimant correspondant en son milieu un premier angle et un deuxième angle, les premier et deuxième angles étant différents.
Deux aimants consécutifs peuvent être placés de manière symétrique l'un de l'autre par rapport à un plan passant entre eux, ce plan s'étendant à la fois radialement et longitudinalement, c'est-à-dire selon l'axe de rotation du rotor, par exemple par rapport à un rayon du rotor passant entre eux. Ainsi, deux aimants consécutifs sont mis en place de manière inversée dans l'empilement. Dans ce cas, deux logements consécutifs peuvent également être symétriques l'un de l'autre par rapport à plan contenant un rayon du rotor et passant entre eux.
Au moins un logement peut présenter une première portion qui est délimitée latéralement par des bords opposés parallèles l'un à l'autre. Au moins un logement peut présenter une deuxième portion qui est délimitée latéralement par des bords opposés convergents l'un vers l'autre en direction de l'axe de rotation.
Un bord convergent d'un logement et un bord convergent consécutif du logement consécutif peuvent former avec un rayon du rotor passant en leur milieu deux angles égaux. La portion de tôle définie par les deux logements consécutifs comporte alors des bords formant avec des rayons respectifs du rotor coupant la portion de tôle en son milieu deux angles égaux. Les deux bords consécutifs peuvent dans un exemple de réalisation être parallèles. Tous les deux bords consécutifs des tôles peuvent être parallèles deux à deux.
En variante, compte tenu de la forme asymétrique des aimants permanents et des logements, les deux bords d'une portion de tôle sur deux peuvent être parallèles entre eux lorsque l'on se déplace autour de l'axe de rotation du rotor, tandis que les bords des autres portions de tôle sont convergents en direction de l'axe de rotation.
Au moins un logement peut présenter une troisième portion délimitée par des bords opposés convergents qui peuvent coopérer avec l'arbre pour permettre l'entraînement de la masse rotorique. Les bords opposés de la troisième portion peuvent être ou non rectilignes. Ils peuvent par exemple être courbes, de forme correspondant au moins partiellement à la forme des cannelures. Au moins un aimant permanent peut comporter une marque permettant de différencier l'une de l'autre ses deux faces d'extrémités longitudinales. Il peut s'agir par exemple d'un signe coloré. Cette marque peut aider l'opérateur à orienter correctement l'aimant lors de son insertion dans le logement correspondant.
Tous les aimants permanents peuvent comporter une marque permettant de différencier l'une de l'autre les deux faces d'extrémités longitudinales d'un aimant. Ces marques peuvent permettre un contrôle visuel aisé et rapide de la mise en place correcte des aimants dans leur logement après le montage. Par exemple, lorsque l'on observe le rotor selon son axe de rotation par l'une de ses extrémités, on peut constater la présence de la marque sur tous les aimants d'un côté, et aucune marque de l'autre côté. En variante, notamment dans le cas où deux logements consécutifs sont différents et symétriques l'un par rapport à l'autre, on peut constater la présence d'une marque sur un aimant sur deux, et il en est de même lorsque l'on observe le rotor par l'autre côté.
Le rotor peut être monté en porte à faux ou non.
La masse rotorique peut comporter un ou plusieurs trous pour alléger le rotor, permettre son équilibrage ou pour l'assemblage des tôles rotoriques la constituant. Des trous peuvent permettre le passage de tirants maintenant solidaires entre elles les tôles.
Les couches de tôles peuvent être encliquetées les unes sur les autres.
Les logements peuvent être remplis au moins partiellement, par une matière synthétique non magnétique. Cette matière peut bloquer en place les aimants dans les logements et/ou augmenter la cohésion du paquet de tôles.
La masse rotorique peut comporter, le cas échéant, un ou plusieurs reliefs contribuant au bon positionnement des aimants, notamment dans la direction radiale.
La masse rotorique peut présenter un contour extérieur qui est circulaire ou multilobé, une forme multilobée pouvant être utile par exemple pour réduire les ondulations de couple ou les harmoniques de courant ou de tension.
Le rotor peut recevoir une frette extérieure, qui entoure le paquet de tôles. Cela peut permettre de réduire la largeur du pont de matière reliant deux secteurs consécutifs.
L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un rotor de machine électrique tournante à concentration de flux, comportant :
- un arbre s 'étendant selon un axe de rotation du rotor, et
- une masse rotorique disposée sur l'arbre, définissant une ouverture centrale pour son montage sur l'arbre, et comportant :
- des aimants permanents, et - un empilement de couches de tôle magnétique définissant des logements dans lesquels sont disposés les aimants permanents,
les aimants permanents présentant en section transversale deux bords radiaux qui sont convergents l'un vers l'autre en direction de l'axe de rotation, sur une portion de la section transversale de l'aimant.
Les aimants permanents ont ainsi une forme effilée à leur extrémité la plus proche de l'axe de rotation, ce qui permet de conserver une largeur de la tôle entre les aimants suffisante, notamment pour la solidité du rotor, tout en bénéficiant d'aimants ayant une dimension radiale relativement importante.
Chacun des deux bords radiaux d'un aimant permanent qui sont convergents l'un vers l'autre peut former respectivement avec un rayon du rotor coupant l'aimant correspondant en son milieu un premier angle et un deuxième angle, les premier et deuxième angles étant différents. Autrement dit, un aimant permanent est asymétrique par rapport à un rayon du rotor le coupant en son milieu et par rapport à un plan médian. De même, un logement est asymétrique par rapport à un rayon du rotor le coupant en son milieu et par rapport à un plan médian. Une telle configuration permet de n'autoriser lors de la mise en place des aimants dans leur logement qu'un seul sens de montage, et donc de jouer le rôle de détrompeur.
Les logements peuvent déboucher radialement sur l'ouverture centrale.
Le rotor ainsi défini peut également comporter une ou plusieurs des caractéristiques mentionnées précédemment.
L'invention a encore pour objet une machine électrique tournante, tel qu'un moteur synchrone ou une génératrice synchrone, comportant l'un des rotors tels que définis précédemment.
Cette machine peut comporter un stator à bobinage concentré ou réparti.
L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de réalisation non limitatifs de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel :
- la figure 1 est une vue en perspective, schématique et partielle, d'un exemple de rotor réalisé conformément à l'invention,
- la figure 2 est une vue en perspective, schématique et partielle, de l'arbre du rotor de la figure 1 ,
- la figure 3 représente en coupe transversale, de manière schématique et partielle, le rotor de la figure 1 , - la figure 4 représente isolément et de face une tôle magnétique,
- la figure 5 représente un détail de réalisation de la figure 4,
- la figure 6 représente un détail de réalisation de la figure 3, et
- la figure 7 est une vue analogue à la figure 6 illustrant une variante de réalisation, et
- les figures 7a et 7b sont des vues analogues à la figure 7 de variantes de réalisation.
Le rotor 1 représenté à la figure 1 comporte une masse magnétique rotorique 3 s'étendant axialement selon l'axe de rotation X du rotor, cette masse rotorique étant par exemple formée par un paquet de tôles magnétiques 4 empilées selon l'axe X, les tôles étant par exemple identiques et superposées exactement. Elles peuvent être maintenues ente elles par clipsage, par des rivets, des soudures ou toute autre technique. En variante, la masse rotorique peut comporter au moins une tôle magnétique enroulée sur elle-même. Une tôle comporte une succession de secteurs 4a reliés par des ponts de matière 4b, les ponts de matière pouvant former le fond d'un logement d'un aimant permanent. Les tôles magnétiques sont de préférence en acier magnétique. Toutes les nuances d'acier magnétique peuvent être utilisées.
La masse rotorique 3 est montée sur un arbre 2 qui, dans l'exemple considéré, est réalisé dans un matériau amagnétique, par exemple en inox amagnétique ou en aluminium. Le matériau peut par exemple être de l'inox amagnétique de type 304.
La masse rotorique 3 comporte une ouverture centrale 5 pour le montage sur l'arbre 2. La fixation de la masse rotorique 3 sur l'arbre 2 peut se faire au moyen d'un système de blocage axial, par exemple avec d'un côté une butée 2b venue de matière et de l'autre côté une rondelle d'arrêt dentelée 6. L'assemblage peut être réalisé à froid ou à chaud.
La transmission du couple est obtenue par des cannelures 2a disposées à la périphérie de l'arbre 2. Le profil d'une cannelure peut être en section transversale en développante de cercle. Les cannelures peuvent s'étendre sur une ou plusieurs portions seulement de la longueur de l'arbre, comme illustré sur la figure 2, où les cannelures s'étendent sur deux portions de la longueur de l'arbre séparées par une portion sans cannelures, situées chacune à une extrémité de la masse rotorique.
Les dégagements 2c obtenus de part et d'autre des portions cannelées peuvent permettre de recevoir d'éventuels copeaux qui seraient formés lors de la mise en place de la masse rotorique 3 sur l'arbre 2, et de ne pas perturber le bon positionnement axial de l'ensemble.
Il est nécessaire de garantir un bon centrage entre l'arbre 2 et la masse rotorique 3 et de ne pas générer de « faux-rond ». A cet effet, on peut assurer lors du montage un serrage suffisant entre les cannelures de l'arbre et la masse rotorique, à savoir un jeu au minimum nul, la raideur de la masse rotorique étant de préférence choisie pour que cette dernière puisse se déformer lors du montage sur l'arbre cannelé.
Le rotor 1 comporte une pluralité d'aimants permanents 7 disposés dans des logements correspondants 8 de la masse magnétique rotorique 3, de manière à ce que deux aimants consécutifs 7 présentent des mêmes polarités sur leurs faces en regard. Les aimants peuvent par exemple être réalisés en ferrite ou en variante en terres rares, par exemple de type néodyme ou autre.
Le rotor 1 est disposé à l'intérieur d'un stator non représenté, qui comporte par exemple un bobinage concentré ou réparti. Ce stator permet de générer un champ magnétique tournant d'entraînement du rotor en rotation, dans le cadre d'un moteur synchrone, et dans le cas d'un alternateur, la rotation du rotor induit une force électromotrice dans les bobinages du stator.
Dans un mode de réalisation de l'invention, comme illustré aux figures 3 à 6, les logements 8 ne débouchent pas sur l'extérieur de la tôle rotorique. Les logements 8 peuvent notamment être séparés de la périphérie de la tôle rotorique par le pont de matière 4b formé dans la tôle, d'une épaisseur e comprise de préférence entre 0,1 et 3 mm.
Les aimants peuvent être configurés de manière à assurer un détrompage lors de leur mise en place dans la masse rotorique.
A cet effet, ils peuvent notamment être asymétriques par rapport à un plan médian les coupant en leur milieu. Ils peuvent par exemple présenter chacun, en section transversale, une forme non entièrement rectangulaire et non entièrement trapézoïdale.
En variante, les aimants permanents peuvent être symétriques par rapport à un plan les coupant en leur milieu, étant notamment de forme rectangulaire, comme illustré à la figure 7a, ou rectangulaire avec une extrémité affinée de manière symétrique par rapport à un plan médian les coupant en leur milieu, comme illustré à la figure 7b.
Les secteurs 4a et les logements 8 ont une forme correspondant à celle des aimants, et la forme des secteurs 4a vers leur extrémité libre la plus proche de l'arbre correspond à la forme des cannelures 2a, comme illustré sur la figure 5. Chaque logement 8 peut présenter une dimension radiale / supérieure à celle des aimants correspondants. Plus particulièrement, chaque logement 8, comme illustré aux figures 3 à 6, peut comporter une portion principale 8a dont la dimension radiale correspond à celle de l'aimant 7 associé, et une portion d'extrémité 8b radialement intérieure à l'aimant 7, comme visible sur la figure 6.
La portion principale 8a d'un logement a par exemple une forme qui correspond sensiblement à celle de l'aimant 7, en section transversale. Dans l'exemple illustré, un aimant 7 présente en section transversale deux bords radiaux 34 qui sont parallèles l'un à l'autre sur une première portion 7a de la section transversale de l'aimant, et deux bords radiaux 35 convergeant l'un vers l'autre en direction de l'axe de rotation sur une deuxième portion 7b de la section transversale de l'aimant, et le logement 8 présente sur la portion principale 8a des bords opposés 30 de forme correspondante, parallèles l'un à l'autre le long de la première portion 7a et des bords opposés 31 convergents le long de la deuxième portion 7b de l'aimant.
Chacun des deux bords radiaux 35 de l'aimant permanent qui sont convergents l'un vers l'autre dans la deuxième portion 7b forme respectivement avec un rayon du rotor coupant l'aimant correspondant en son milieu un premier angle a et un deuxième angle β, les premier et deuxième angles étant différents, comme on peut le voir sur la figure 3. Les aimants sont ainsi asymétriques chacun par rapport à un plan médian respectif S. Deux aimants consécutifs sont placés de manière symétrique l'un de l'autre par rapport à un plan P passant entre eux, comme illustré sur la figure 4. Les plans P et S sont des plans s'étendant à la fois radialement et longitudinalement. Ainsi, deux aimants consécutifs sont mis en place de manière inversée dans les logements des tôles.
De même, deux logements 8 consécutifs sont symétriques l'un de l'autre par rapport au plan P passant entre eux. Compte tenu de la forme asymétrique des aimants permanents 7 et des logements 8, les deux bords consécutifs 31 de deux logements consécutifs sur la deuxième portion 7b des aimants sont dans l'exemple de réalisation illustré parallèles entre eux une fois sur deux lorsque l'on se déplace autour de l'axe de rotation du rotor et définissent une portion de tôle d'extrémité 4c' du secteur 4a ayant des bords parallèles.
En outre, un bord convergent 31 d'un logement et un bord convergent consécutif 31 du logement consécutif peuvent former avec un plan radial du rotor passant en leur milieu deux angles égaux. La portion de tôle 4c" définie par les deux logements consécutifs comporte ainsi des bords 31 formant avec un rayon du rotor la coupant en son milieu chacun un angle γ, les deux angles γ étant égaux, les deux bords étant donc convergents en direction de l'axe de rotation. Ainsi, des extrémités de secteurs 4c' à bords 31 parallèles alternent avec des extrémités de secteurs 4c" à bords 31 convergents lorsque l'on se déplace autour de l'axe de rotation du rotor, comme on peut le voir sur la figure 6.
Le logement 8 présente en outre une portion d'extrémité 8b qui est délimitée latéralement par des bords opposés convergents 32 l'un vers l'autre en direction de l'axe de rotation. Les bords opposés 32 peuvent être rectilignes ou non. Ils peuvent par exemple être courbes. Dans l'exemple décrit, les bords 32 ont la forme d'une développante de cercle, de telle sorte que le profil de la tôle corresponde au profil de la cannelure 2a correspondante. Les bords 32 débouchent dans l'ouverture centrale du rotor. Ces bords opposés convergents 32 de la deuxième portion coopèrent avec l'arbre pour permettre l'entraînement de la masse rotorique.
Dans l'exemple de réalisation illustré à la figure 6, les cannelures 2a s'étendent radialement en-deçà des aimants permanents. Autrement dit, les aimants permanents s'étendent radialement au-delà des cannelures. Les cannelures 2a coopèrent ainsi avec une portion de tôle qui n'est pas radialement adjacente à un ou plusieurs aimants.
En variante, comme illustré à la figure 7, les cannelures 2a peuvent faire saillie dans l'empilement entre deux aimants permanents consécutifs. Autrement dit, les cannelures s'étendent radialement au moins partiellement entre les aimants permanents. Le cas échéant, les cannelures peuvent venir directement au contact des aimants.
La masse rotorique peut être configurée pour ne permettre la mise en place des aimants dans l'empilement de couches de tôle magnétique que dans un seul sens, de manière à jouer le rôle de détrompeur lors du montage.
Tous les aimants permanents peuvent comporter une marque M permettant de différencier l'une de l'autre les deux faces d'extrémité longitudinale d'un aimant. Par exemple, comme illustré sur la figure 3, lorsque l'on observe le rotor selon son axe de rotation par l'une de ses extrémités, on constate la présence de la marque sur un aimant sur deux, et il en est de même lorsque l'on observe le rotor par l'autre côté. Ce résultat est dû au fait que dans l'exemple décrit deux logements consécutifs sont différents et symétriques l'un par rapport à l'autre.
Une matière synthétique peut être injectée dans les logements 8, de façon à bloquer les aimants dans les logements 8 et/ou assurer la cohésion du paquet de tôle. La matière utilisée est par exemple une résine époxy ou une matière thermoplastique. Le blocage des aimants 7 peut également s'effectuer par serrage sous l'action de la force centrifuge.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits.
On peut par exemple réaliser les tôles avec des trous pour permettre le passage de tirants d'assemblage des tôles de la masse rotorique.
L'expression « comportant un » doit être comprise comme étant synonyme de « comportant au moins un ».

Claims

REVENDICATIONS
1. Rotor de machine électrique tournante à concentration de flux, comportant :
- un arbre (2) s 'étendant selon un axe de rotation du rotor, et
- une masse rotorique (3) disposée sur l'arbre, présentant une ouverture centrale (5) pour son montage sur l'arbre, et comportant :
- des aimants permanents (7) disposés dans des logements (18) débouchant radialement sur l'ouverture centrale (4),
- un empilement de couches de tôle magnétique (4), une couche de tôle magnétique au moins étant d'un seul tenant, l'empilement définissant les logements (18) dans lesquels sont disposés les aimants permanents,
l'arbre (2) comportant des moyens de transmission de couple pour l'entraînement en rotation de la masse rotorique.
2. Rotor selon la revendication précédente, dans lequel les aimants (7) sont enterrés dans la masse rotorique (13).
3. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'arbre est réalisé dans un matériau amagnétique.
4. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'arbre (2) comporte des cannelures (2a) à sa périphérie.
5. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'empilement de couches de tôle magnétique comporte un empilement de tôles magnétiques, chacune d'un seul tenant, chaque tôle formant une couche de l'empilement.
6. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'empilement de couches de tôle magnétique comporte une ou plusieurs tôle(s) magnétique(s) enroulée(s) sur elle(s)-même(s).
7. Rotor selon l'une des revendications 5 et 6, dans lequel une tôle comporte une succession de secteurs reliés par des ponts de matière (4b), les ponts de matière pouvant former le fond d'un logement d'un aimant permanent (7).
8. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, lorsque l'on se déplace depuis l'axe de rotation jusqu'à un aimant selon une direction radiale, on ne rencontre pas de matériau magnétique.
9. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les aimants permanents (7) présentent chacun, en section transversale, une forme non entièrement rectangulaire et non entièrement trapézoïdale.
10. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les aimants permanents (7) comportent en section transversale deux bords radiaux qui sont convergents l'un vers l'autre en direction de l'axe de rotation sur une portion de la section transversale de l'aimant.
11. Rotor selon la revendication précédente, dans lequel un aimant permanent (7) est asymétrique par rapport à un plan médian (S).
12. Rotor selon la revendication précédente, dans lequel chacun des deux bords radiaux (35) d'un aimant permanent qui sont convergents l'un vers l'autre forment respectivement avec un rayon du rotor coupant l'aimant correspondant en son milieu un premier angle (a) et un deuxième angle (β), les premier (a) et deuxième angles (β) étant différents.
13. Rotor selon l'une des deux revendications précédentes, dans lequel deux aimants consécutifs (7) sont placés de manière symétrique l'un de l'autre par rapport à un plan médian du rotor passant entre eux.
14. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins un logement (18) présente une première portion qui est délimitée latéralement par des bords opposés (30) parallèles l'un à l'autre.
15. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins un logement (18) présente une deuxième portion qui est délimitée latéralement par des bords opposés (31) convergents l'un vers l'autre en direction de l'axe de rotation.
16. Rotor selon la revendication précédente, dans lequel un bord convergent (31) d'un logement (8) et un bord convergent (31) consécutif du logement (8) consécutif forment avec un rayon du rotor passant en leur milieu deux angles égaux (γ).
17. Machine électrique tournante comportant un rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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