EP4211777A1 - Dispositif pour la formation de poles d'un rotor - Google Patents

Dispositif pour la formation de poles d'un rotor

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Publication number
EP4211777A1
EP4211777A1 EP21782777.3A EP21782777A EP4211777A1 EP 4211777 A1 EP4211777 A1 EP 4211777A1 EP 21782777 A EP21782777 A EP 21782777A EP 4211777 A1 EP4211777 A1 EP 4211777A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
magnetic
injection
rotor
cavities
composite material
Prior art date
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Pending
Application number
EP21782777.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Olivier TOSONI
Tian Zhou
Daniel Oeschger
Raphael TEUFEL
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.)
Brusa Elektronik AG
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Brusa Elektronik AG
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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 Brusa Elektronik AG, Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Brusa Elektronik AG
Publication of EP4211777A1 publication Critical patent/EP4211777A1/fr
Pending 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F13/00—Apparatus or processes for magnetising or demagnetising
    • H01F13/003—Methods and devices for magnetising permanent magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/0253—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing permanent magnets
    • H01F41/0273—Imparting anisotropy
    • H01F41/028—Radial anisotropy
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H02K15/03—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies having permanent magnets

Definitions

  • the invention relates to the field of magnetism and relates in particular to a device making it possible to manufacture magnetic sections by injection.
  • the invention relates to a device for forming the poles of a rotor by injecting a magnetic composite mixture into the cavities of a rotor body.
  • the application of a magnetic field during the injection makes it possible to polarize the magnetic composite mixture which, when it cools, freezes, and retains a permanent magnetization.
  • the methods include in particular a hot injection of a liquid composite mixture, made of plastic material and coercive magnetic powder, into the cavities of the body of the rotor which play the role of mould. During a cooling step, the composite mixture freezes and then adopts the shape imposed on it by the cavities in order to form the magnetic sections.
  • the injection makes it possible to envisage arrangements without vacuum, and of a lower density than that of sintered magnets.
  • These aspects make it possible to improve the general balance of the rotor, and to make the latter less sensitive to the centrifugal forces to which it is subjected when it is rotated. It is thus possible to impose higher speeds of rotation on such rotors.
  • these magnets manufactured by injection according to the method described in the document DE102019107394, are likely to have a higher resistivity of more than two orders of magnitude than that of magnets formed according to a sintering process.
  • the injection methods are, as they stand, not satisfactory.
  • the composite mixture in order to form a magnetized section, must be subjected to a relatively high magnetic field, and in particular of the order of 1 tesla.
  • a magnetic ring formed of a plurality of magnets (as described in documents JP 2014-192980 and WO2013103118), and at the center of which the rotor is arranged during the injection of the composite mixture.
  • the magnets forming the ring are generally regularly distributed angularly, and each in correspondence with one or more cavities in the or which will be formed a magnetic pole.
  • the composite mixture injected into a given cavity is subject to the magnetic field, in terms of intensity and orientation, of the magnet with which said cavity is in correspondence.
  • the composite mixture retains the polarization imposed by the magnet, and forms a magnetized section.
  • the magnetic field of the magnets forming the magnetic ring which is permanent, is likely to interact with any magnetic part placed in its immediate environment and poses, due to its intensity, obvious safety problems.
  • the viscosity of the composite mixture makes it necessary to inject the latter at relatively high pressures, in particular between 500 and 1000 bars which are liable to damage the rotor, for example by deforming it.
  • the magnetic field likely to be imposed by a coil at the level of the cavity or cavities with which said coil is in correspondence is not uniform within the same cavity and from one cavity to another. This effect directly affects the magnetization of the magnetized sections and adversely affects the performance of the rotor.
  • An object of the present invention is therefore to propose a device for forming magnetized sections of a rotor which makes it possible to limit damage to the rotor during the injection of the composite mixture.
  • Another object of the present invention is to propose a device for forming magnetic sections of a rotor, which is capable of implementing a system for injecting the composite mixture at high pressure while preserving the integrity of the rotor.
  • Another object of the present invention is also to propose a device for forming magnetized sections of a rotor, which makes it possible to guarantee a better distribution of the magnetic field imposed at the level of the cavities of the rotor.
  • the aims are, at least in part, achieved by a device for forming the poles of a rotor, each pole comprising one or more magnetized sections formed in a series of injection cavities, called the pole series, of the rotor, by injection of a composite material in said cavities, the device comprises:
  • a rotor arranged in a cylindrical cavity, said rotor being delimited by an upper face and a lower face which are flat and parallel to each other, and connected by a lateral section of cylindrical shape, the polar series have a regular angular distribution around a axis of revolution of said rotor, and the injection cavities emerge at the level of the lower face and the upper face;
  • each polarization module comprising, along a main axis, a magnetic section intended to impose a magnetic polarization field on the composite material capable of being injected into the injection cavities, and a magnetic pole, the magnetic poles comprising a surface, called the lateral holding surface, all of the lateral holding surfaces defining a lateral surface of the cylindrical cavity;
  • - locking means arranged so as to maintain the lateral support surfaces pressing against the lateral section of the rotor, so that the lateral support surfaces compensate for the stresses imposed on the rotor during the injection of the composite material at the pressure p.
  • each polarization module is arranged in correspondence with a different polar series so as to be able to impose the magnetic field on the magnetic composite material capable of being injected into the injection cavities of said polar series.
  • said device comprises an upper holding member and a lower holding member held in abutment by second locking means against, respectively, the upper face and the lower face, and so as to compensate for stresses likely to be imposed on the rotor during the injection of the composite material at the pressure P.
  • the injection means is arranged to inject magnetic composite material at the level of the upper face of the rotor.
  • the injection means cooperates with the upper holding member for the injection of the magnetic composite material into the injection cavities.
  • the upper holding member comprises a plurality of distribution channels arranged for the collective injection of the magnetic composite material into each of the injection cavities.
  • the injection cavities of a polar series are symmetrical with respect to a plane formed by the axis of revolution and by the main axis of the polarization module in correspondence with the polar series concerned, and are arranged one behind the other along said main axis.
  • the device comprises magnetic field distributor means intended to distribute the magnetic field imposed by each polarization module to the injection cavities of the polar series with which said module.
  • the distributor means comprise inserts, each insert forming a magnetic bridge between a polarization module and injection cavities of the polar series with which said module is in correspondence.
  • the magnetic bridge is produced between the polarization module and the injection cavities of the series of polars capable of being screened by other injection cavities of this same polar series.
  • the inserts are inserted into cavities of the upper and lower holding members, and advantageously comprise a ferromagnetic material.
  • the magnetic section comprises a coil carrier around which is formed a coil which, when passed through by an electric current, generates the magnetic field necessary for the magnetization of the magnetic composite mixture capable of being injected into the injection cavities.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a device for forming poles of a rotor according to the present invention, the cylindrical cavity being empty;
  • FIG. 2 is a schematic representation of a rotor body implemented within the scope of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic representation in perspective of a polarization module capable of being implemented within the scope of the present invention.
  • FIG. 4a is a schematic representation in perspective of a polarization module capable of being implemented within the scope of the present invention.
  • FIG. 4b are schematic representations of a lower holding member, respectively, with magnetic inserts positioned in housings of the holding member, and with the same magnetic inserts arranged around said member;
  • FIG. 4c is a representation of an upper holding member with magnetic inserts positioned in housings of the holding member
  • FIG. 5 is a schematic representation of a rotor after injection of the magnetic composite mixture, in particular this schematic representation shows an imprint of the distribution channel network of the injection means;
  • FIG. 6 is a schematic representation of the device 10 according to the present invention.
  • FIG. 7 is a graphical representation of a simulation and measurement of the magnetic field (along the horizontal axis in mT) as a function of the angular position (horizontal axis in degrees) at the side section of a fabricated rotor with the device according to the present invention.
  • the present invention relates to a device intended to form, by an injection process of a magnetic composite mixture, the poles of a rotor.
  • FIG. 1 is a schematic representation of the device 10 according to the present invention, said device resting in particular on a flat support 60, also called the mold carcass plate.
  • the device 10 comprises in particular a cylindrical cavity 20 intended to house the body of a rotor 30 (FIG. 2) during the implementation of the present device 10 for the formation of the poles of said rotor.
  • Each pole comprises in this respect one or more magnetized sections formed in a series of injection cavities 34a, called pole series 34, of the rotor, by injecting a composite material into said cavities.
  • the rotor body 30, generally of cylindrical shape, is delimited by an upper face 31 and a lower face which are flat and parallel to each other, as well as a lateral section 33 connecting the upper face 31 and the lower face.
  • the polar series have a regular angular distribution around an axis of revolution of said rotor, and the injection cavities 34a open out at the level of the lower face 31 and of the upper face.
  • the body of the rotor 30 can advantageously comprise a stack, along the axis of revolution, of magnetic sheets glued together.
  • the magnetic sheets can comprise at least one of the materials chosen from: steel, stainless steel, FeSi, FeCo.
  • the device 10 comprises means for injecting magnetic composite material into the injection cavities at a pressure P lower than a predetermined pressure.
  • the magnetic composite material is in particular injected in the liquid state at high temperature, for example at a temperature between 150° C. and 320° C.
  • the magnetic composite material is also suitable for congealing (solidifying) and adopting the shape imposed on it by the injection cavity into which it is injected during a cooling phase.
  • the magnetic composite material may in particular comprise plastic material mixed with a coercive magnetic powder.
  • the plastic material and the coercive powder can represent, respectively, 40% and 60% of the volume of the composite material.
  • the choice of plastic material and coercive powder may depend on the intended application and the magnetic efficiency of the rotor.
  • the plastic material may comprise a polyamide of the PA12 type. Such a polyamide makes it possible to achieve a high charge rate and therefore better magnetic performance.
  • the plastic material may comprise poly(phenylene sulphide), PPS, which is a resistant polymer, is capable of being used at a temperature which may reach 150° C., or even 180° C.
  • the magnetic powder may comprise NdFeB having undergone the HDDR process (“Hydrogenation Disproportionation Desorption Recombination” according to the terminology Anglo-Saxon) which gives a high coercivity to the powder, or even hard ferrites (strontium ferrite for example) or SmCo.
  • the predetermined pressure is for example less than 1000 bars.
  • the device 10 also comprises polarization modules 40 (FIGS. 1 and 3) regularly distributed, in the form of a crown, called magnetic crown, around the axis of revolution of the cylindrical cavity 20 (FIG. 1).
  • the cylindrical cavity 20 is at the center of the magnetic crown.
  • the magnetic crown is formed of 6 polarization modules.
  • the invention is not limited to this single configuration.
  • Each polarization module can advantageously be arranged in correspondence with a different polar series so as to be able to impose the magnetic field on the magnetic composite material capable of being injected into the injection cavities of said polar series.
  • Each polarization module 40 comprises, along a main axis XX', a magnetic section 42 and a magnetic pole 43.
  • Each polarization module 40 can also comprise a loopback member 41.
  • Each polarization module can in particular reveal in the order and along the main axis XX', the looping member 41, the magnetic section 42 and the magnetic pole 43.
  • the magnetic section 42 of each of the polarization modules 40 is intended to impose a magnetic polarization field on the composite material injected in the liquid state into the injection cavities 34a. Maintaining this polarization field until the magnetic composite material freezes by cooling thus makes it possible to form the magnetized sections of the poles of the rotor.
  • the mapping can advantageously be carried out by means of guides. These guides may in particular comprise holes formed from the upper face towards the lower face of the rotor and pins projecting relative to the flat support 60 and intended to impose the orientation of the rotor on the flat support 60.
  • Magnetic section 42 may include a permanent magnet.
  • the magnetic section 42 may comprise a coil holder around which is formed a coil which, when it is crossed by an electric current, generates the magnetic field necessary for the magnetization of the magnetic composite mixture.
  • the winding can in this respect comprise copper wire, while the coil holder can comprise a magnetic core (for example martensitic steel, FeNi, FeCo or any other soft magnetic alloy).
  • Magnetic section 42 advantageously has, with loopback member 41, a shape allowing effective loopback of the magnetic flux on the magnetic section itself or with the flux of an immediately adjacent magnetic section (FIG. 6).
  • each polarization module generates a magnetic field opposite to that generated by the modules which are directly adjacent to it.
  • the magnetomotive force of each of the windings can be 10 kA. towers, requiring for each of said windings a total power of about 4 kW in direct current. In operation, such a power is likely to cause significant heating.
  • a cooling system for example a system for circulating a heat transfer fluid directly in the coil carrier. The implementation of a cooling system makes it possible in this respect to increase the current likely to pass through each of the windings, and consequently to impose a larger bias field, without having to increase the size of the magnetic crown. .
  • this magnetic field generation system is controllable so that the magnetic field that it generates can be switched off at any time, and in particular when the magnetic composite material is completely solidified. The mold can thus be opened under improved safety conditions.
  • the magnetic pole 43 of each given polarization module 40 has the shape of a truncated pyramid whose height is parallel to the main direction of the polarization module considered (FIG. 3).
  • the small base of the truncated pyramid forms a lateral support surface 43a curved so as to match the shape of the lateral section of the rotor.
  • all of the lateral holding surfaces 43a, 46a and 46b define a lateral surface 43s of the cylindrical cavity 20 (FIG. 1).
  • the magnetic pole 43 may include a central section 45 as well as a first side section 46a and a second side section 46b.
  • the central section 45 can be inserted between the first lateral section 46a and the second lateral section 46b (FIG. 3). More particularly, within a polarization module 40, the central section 45 made of a magnetic material makes it possible to guide the magnetic field produced at the level of the magnetic section towards the center of a polar series of the rotor, while the first side section 46a and second side section 46b made of a non-magnetic material limit the magnetic leakage between adjacent central sections 45.
  • the first lateral section 46a and the second lateral section 46b have a magnetic permeability much lower than that of the central section 45, advantageously equal to that of air.
  • the device 10 according to the present invention can also comprise locking means which make it possible in particular to maintain the lateral holding surfaces 43a, 46a and 46b bearing against the lateral section of the rotor.
  • This support of the lateral support surfaces 43a, 46a and 46b is in particular suitable for compensating for the mechanical stresses likely to be imposed on the rotor during the injection of the composite material at the pressure P.
  • the means blocking are arranged so that the side surface 43s of the cylindrical cavity 20 opposes the lateral deformation of the rotor during the injection at the pressure P of the magnetic composite mixture.
  • This aspect is particularly advantageous in particular when the rotor has zones sensitive to deformation under the effect of an internal pressure undergone during the injection of the magnetic composite material. These sensitive areas include induced by the proximity of the injection cavities and the lateral section of the rotor. The only maintenance by the lateral surface, possibly in compression, makes it possible to preserve the mechanical integrity of the rotor during the injection at the pressure P of the magnetic composite mixture.
  • the blocking means can advantageously comprise jacks which each exert a force concentrically along the main axis of each polarization module 40.
  • the blocking means may comprise a plurality of inclined rails, for example at an angle of less than 10°, relative to the axis of revolution of the cylindrical cavity 20, and along which the polarization modules are likely to slide.
  • each polarization module can be associated with one or two rails 50 mechanically linked to the flat support 60 and relative to which said rails project. According to this configuration, each of the polarization modules can slide between two positions called, respectively, high position and low position. The low position being in particular a position for which said modules rest on the flat support.
  • the inclination of the rails is adapted so that when the polarization modules 40 slide from the high position to the low position, the lateral support surfaces 43a approach each other in order to come into contact with the lateral section of the rotor pre-positioned on the flat support.
  • the device 10 can also comprise a lower holding member 70 (FIGS. 4a and 4b) and an upper holding member 71 (FIG. 4c) held in abutment (under pressure) by second blocking means against, respectively, the upper face 31 of the rotor and the underside of the rotor.
  • This holding by the upper holding member 71 and by the lower holding member 70 is adapted to compensate for (oppose the) stresses liable to be imposed on the rotor during the injection of the composite material at the pressure p.
  • the lower and upper holding members can each take the form of a holding plate.
  • the simple implementation of the holding member upper 71 and the lower holding member 70 makes it possible to keep the sheets contiguous with each other, and to limit any infiltration of the magnetic composite material during the injection step.
  • the injection means can be arranged to inject magnetic composite material at the level of the upper face 31 of the rotor 30.
  • the injection means can cooperate with the upper holding member 71 for the injection of the magnetic composite material into the injection cavities 34.
  • the upper holding member 71 may comprise a plurality of distribution channels arranged for the collective injection of the magnetic composite material into each of the magnetic cavities 34, while ensuring axial holding of the rotor by means of surfaces parallel to the upper and lower faces of the rotor. This arrangement makes it possible to inject, at the same time, the same quantity of magnetic composite material into each of the injection cavities so as to balance the stresses undergone by the rotor throughout its volume.
  • FIG. 5 represents an imprint E of the distribution channels, made of the fixed magnetic composite mixture.
  • the injection cavities of a polar series are symmetrical with respect to a plane formed by the axis of revolution and by the main axis of the polarization module in correspondence with the polar series concerned, and are arranged in several rows one behind the other along said main axis ( Figure 2).
  • the injection cavities of a polar series are arranged one behind the other in a radial direction.
  • the section of an injection cavity along a section plane perpendicular to the axis of revolution and along a radial direction (from the center towards the lateral section) has a concave shape (for example a full arc shape).
  • all the injection cavities of a polar series are not exposed in an equivalent manner to the magnetic field imposed by the polarization module.
  • the cavities closest to the center of the rotor are screened by the cavities located closer to the lateral section of the rotor.
  • the device may comprise magnetic field distributor means intended to distribute the magnetic field imposed by each polarization module to the injection cavities of the polar series with which said module.
  • these distributor means may comprise inserts 55 intended to form a magnetic bridge between the polarization module and at least one of the cavities or rows of injection cavities of the polar series in correspondence with said polarization module.
  • these inserts 55 in particular make contact at the level of the magnetic pole and the upper face of the rotor close to an injection cavity, and more particularly between two cavities or rows of injection cavities of a polar series.
  • These inserts 55 can in particular cooperate with one and the other of the upper holding member 71 and the lower holding member 70.
  • a holding member can comprise orifices 56, opening at the level of a first face, and in which the inserts 55 are positioned. The first face is in particular opposite a second face of the holding member considered intended to be in contact with a face of the rotor 30 (FIGS. 4a and 4b).
  • Orifices 56 advantageously have a shape complementary to inserts 55.
  • the insert 55 further comprises a protuberance 55a passing through, via a passage 70a, the lower retaining member 70 and emerging at the level of the second face of said member to come into contact with the lower face of the rotor 30.
  • the other end 55b of the inserts comes into contact with the corresponding polarization module so as to produce a magnetic bridge with the rotor.
  • the inserts advantageously have a higher magnetic permittivity than that of the lower holding member, so that said inserts 55 form a privileged circulation path for the magnetic field imposed by the polarization module.
  • the same arrangement of the inserts 55 is provided in relation to the upper holding member 71 (FIG. 4c).
  • the inserts 55 can thus comprise a soft ferromagnetic alloy (for example martensitic steel, FeCo, FeNi or any other alloy having a high relative permeability - preferably greater than 500 - and a high saturation induction - preferably greater than 1.5T).
  • a soft ferromagnetic alloy for example martensitic steel, FeCo, FeNi or any other alloy having a high relative permeability - preferably greater than 500 - and a high saturation induction - preferably greater than 1.5T.
  • the upper retaining member 71 may comprise a perfectly non-magnetic metallic material (for example annealed 316L stainless steel after machining, Inconel, copper and/or aluminum alloys, brass, etc.).
  • Figure 6 is a schematic representation of the device 10 according to the present invention.
  • this figure represents the distribution of the magnetic field lines (in the form of arrows) created by the windings B.
  • Figure 7 is a graphic representation of a simulation and a measurement of the magnetic field (along the horizontal axis in "mT") as a function of the angular position (horizontal axis in degrees) at the level of the lateral section of the rotor manufactured with the device according to the present invention.
  • the two curves representative of the magnetic field overlap perfectly, indicating in particular the good understanding and the performance of the pole-forming device according to the present invention.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif destiné à former, par un procédé d'injection d'un mélange composite magnétique, les pôles d'un rotor. L'invention concerne notamment un dispositif permettant la formation des pôles du rotor sans endommager ce dernier.

Description

Description
Titre : DISPOSITIF POUR LA FORMATION DE POLES D'UN ROTOR
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention se rapporte au domaine du magnétisme et concerne en particulier un dispositif permettant de fabriquer par injection des sections magnétiques. Notamment, l'invention concerne un dispositif de formation des pôles d'un rotor par injection d'un mélange composite magnétique dans des cavités d'un corps de rotor. L'application d'un champ magnétique lors de l'injection permet de polariser le mélange composite magnétique qui, lorsqu'il se refroidit, se fige, et conserve une aimantation permanente.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Il est aujourd'hui envisagé de mettre en œuvre des procédés d'injection pour la réalisation des pôles magnétiques d'un rotor. Ces derniers sont, à cet égard, formés d'une ou plusieurs sections aimantées logées dans des cavités dudit rotor. Tel que précisé dans le document DE 10 2016 224 249, les procédés comprennent notamment une injection, à chaud, d'un mélange composite liquide, fait de matière plastique et de poudre magnétique coercitive, dans les cavités du corps du rotor qui jouent le rôle de moule. Lors d'une étape de refroidissement, le mélange composite se fige et adopte alors la forme qui lui est imposée par les cavités afin de former les sections aimantées.
Ces procédés d'injection, tels qu'envisagés, ne sont pas limités à la seule réalisation de sections aimantées parallélépipédiques, et donnent accès à tout type de forme permettant ainsi de conférer aux pôles magnétiques une meilleure efficacité magnétique. Les sections aimantées sont, par ailleurs, obtenues en une seule étape, sans autre manipulation ou étape de collage.
Outre, le choix de formes de sections aimantées susceptibles d'être obtenues, l'injection permet d'envisager des agencements sans vide, et d'une densité inférieure à celle d'aimants frittés. Ces aspects permettent d'améliorer l'équilibre général du rotor, et de rendre ce dernier moins sensible aux forces centrifuges auxquelles il est soumis lorsqu'il est mis en rotation. Il est ainsi possible d'imposer à de tels rotors des vitesses de rotation plus importantes. Enfin ces aimants, fabriqués par injection selon la méthode décrite dans le document DE102019107394, sont susceptibles de présenter une résistivité supérieure de plus de deux ordres de grandeur à celle d'aimants formés selon un procédé de frittage. Néanmoins, en dépit de ces avantages, les procédés d'injection ne sont, en l'état, pas satisfaisants.
En effet, le mélange composite, afin de former une section aimantée, doit être soumis à un champ magnétique relativement élevé, et notamment de l'ordre de 1 tesla. A cet égard, il est généralement proposé de mettre en œuvre une bague magnétique, formée d'une pluralité d'aimants (tel que décrit dans les documents JP 2014-192980 et W02013103118), et au centre de laquelle le rotor est disposé lors de l'injection du mélange composite. Les aimants formant la bague sont en général régulièrement répartis de manière angulaire, et chacun en correspondance avec une ou plusieurs cavités dans la ou lesquelles sera formé un pôle magnétique. Ainsi, le mélange composite injecté dans une cavité donnée se voit imposer le champ magnétique, en termes d'intensité et d'orientation, de l'aimant avec lequel ladite cavité est en correspondance. Ainsi, lorsqu'il refroidit pour se figer, le mélange composite conserve la polarisation imposée par l'aimant, et forme une section aimantée.
Toutefois, afin de pouvoir imposer une aimantation suffisante au mélange composite lors de son refroidissement, il est généralement requis de mettre en œuvre une bague magnétique qui présente un diamètre 2 à 3 fois supérieur au rotor. En d'autres termes, la considération d'un rotor de grande dimension, et notamment d'un diamètre supérieur à 10 cm, impose de mettre en œuvre des masses d'aimants très importantes.
Ce dernier aspect, du fait des interactions magnétiques entre aimants, rend l'assemblage desdits aimants relativement compliqué.
Par ailleurs, le champ magnétique des aimants formant la bague magnétique, qui est permanent, est susceptible d'interagir avec toute pièce magnétique disposée dans son proche environnement et pose, du fait de son intensité, des problèmes de sécurité évidents. Par ailleurs, la viscosité du mélange composite impose d'injecter ce dernier à des pressions relativement importantes, notamment comprises entre 500 et 1000 bars qui sont susceptibles d'endommager le rotor par exemple en le déformant.
Aussi afin de pallier, au moins partiellement, les problèmes relatifs à la sécurité et à la complexité de l'assemblage des aimants formant la bague, il peut être proposer de remplacer ces derniers par des bobines d'induction.
Toutefois, le champ magnétique susceptible d'être imposé par une bobine au niveau de la ou des cavités avec lesquelles ladite bobine est en correspondance n'est pas uniforme au sein d'une même cavité et d'une cavité à l'autre. Cet effet affecte directement l'aimantation des sections aimantées et nuit aux performances du rotor.
Un but de la présente invention est donc de proposer un dispositif pour la formation de sections aimantées d'un rotor qui permet le limiter l'endommagement du rotor lors de l'injection du mélange composite.
Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif pour la formation de sections aimantées d'un rotor, qui est susceptible de mettre en œuvre un système d'injection du mélange composite à haute pression tout en préservant l'intégrité du rotor. Un autre but de la présente invention est également de proposer un dispositif pour la formation de sections aimantées d'un rotor, qui permet de garantir une meilleure répartition du champ magnétique imposé au niveau des cavités du rotor.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
Les buts sont, au moins en partie, atteints par un dispositif pour la formation de pôles d'un rotor, chaque pôle comprenant une ou plusieurs sections aimantées formées dans une série de cavités d'injection, dite série polaire, du rotor, par injection d'une matière composite dans lesdites cavités, le dispositif comprend :
- un rotor, disposé dans une cavité cylindrique, ledit rotor étant délimité par une face supérieure et une face inférieure planes et parallèles entre elles, et reliées par une section latérale de forme cylindrique, les séries polaires présentent une répartition angulaire régulière autour d'un axe de révolution dudit rotor, et les cavités d'injection sont débouchantes au niveau de la face inférieure et de la face supérieure ;
- un moyen d'injection de matière composite magnétique, à l'état liquide, dans les cavités d'injection à une pression P inférieure à une pression prédéterminée ;
- des modules de polarisation répartis régulièrement autour de l'axe de révolution de la cavité cylindrique, chaque module de polarisation comprenant selon un axe principal, une section magnétique destinée à imposer un champ de polarisation magnétique à la matière composite susceptible d'être injectée dans les cavités d'injection, et un pôle magnétique, les pôles magnétiques comprenant une surface, dite surface de maintien latéral, l'ensemble des surfaces de maintien latéral définissant une surface latérale de la cavité cylindrique ;
- des moyens de blocage agencés de manière à maintenir les surfaces de maintien latéral en appui contre la section latérale du rotor, de sorte que les surfaces de maintien latéral compensent des contraintes imposées au rotor lors de l'injection de la matière composite à la pression P.
Selon un mode de mise en œuvre, chaque module de polarisation est disposé en correspondance une série polaire différente de manière à pouvoir imposer le champ magnétique à la matière composite magnétique susceptible d'être injectée dans les cavités d'injection de ladite série polaire.
Selon un mode de mise en œuvre, ledit dispositif comprend un organe de maintien supérieur et un organe de maintien inférieur maintenus en appui par des deuxièmes moyens de blocage contre, respectivement, la face supérieure et la face inférieure, et de manière à compenser des contraintes susceptibles d'être imposées au rotor lors de l'injection de la matière composite à la pression P.
Selon un mode de mise en œuvre, le moyen d'injection est agencé pour injecter de la matière composite magnétique au niveau de la face supérieure du rotor.
Selon un mode de mise en œuvre, le moyen d'injection coopère avec l'organe de maintien supérieur pour l'injection de la matière composite magnétique dans les cavités d'injection.
Selon un mode de mise en œuvre, l'organe de maintien supérieur comprend une pluralité de canaux de distribution agencés pour l'injection collective de la matière composite magnétique dans chacune des cavités d'injection. Selon un mode de mise en œuvre, les cavités d'injection d'une série polaire sont symétriques par rapport à un plan formé par l'axe de révolution et par l'axe principal du module de polarisation en correspondance avec la série polaire concernée, et sont disposées les unes derrières les autres le long dudit axe principal.
Selon un mode de mise en œuvre, le dispositif comprend des moyens répartiteurs de champ magnétique destinés à répartir le champ magnétique imposé par chaque module de polarisation aux cavités d'injection de la série polaire avec laquelle ledit module.
Selon un mode de mise en œuvre, les moyens répartiteurs comprennent des inserts, chaque insert formant un pont magnétique entre un module de polarisation et des cavités d'injection de la série polaire avec laquelle ledit module est en correspondance. Selon un mode de mise en œuvre, le pont magnétique est réalisé entre le module de polarisation et des cavités d'injection de la série de polaire susceptibles d'être écrantés par d'autres cavités d'injection de cette même série polaire.
Selon un mode de mise en œuvre, les inserts sont insérés dans des cavités des organes de maintien supérieur et inférieur, et comprennent avantageusement un matériau ferromagnétique.
Selon un mode de mise en œuvre, la section magnétique comprend un porte-bobine autour duquel est formé un bobinage qui lorsqu'il est traversé par un courant électrique génère le champ magnétique nécessaire à la magnétisation du mélange composite magnétique susceptible d'être injecté dans les cavités d'injection.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va suivre d'un dispositif pour la formation de pôles d'un rotor selon l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
[Fig. 1] est une représentation schématique d'un dispositif pour la formation de pôles d'un rotor selon la présente invention, la cavité cylindrique étant vide ;
[Fig. 2] est une représentation schématique d'un corps de rotor mis en œuvre dans la cadre de la présente invention ;
[Fig. 3] est une représentation schématique en perspective d'un module de polarisation susceptible d'être mis en œuvre dans le cadre de la présente invention ; [Fig. 4a]
[Fig. 4b] sont des représentations schématiques d'un organe de maintien inférieur, respectivement, avec des inserts magnétiques positionnés dans des logements de l'organe de maintien, et avec les mêmes inserts magnétiques disposés autour dudit organe ;
[Fig. 4c] est une représentation d'un organe de maintien supérieur avec des inserts magnétiques positionnés dans des logements de l'organe de maintien ;
[Fig. 5] est une représentation schématique e d'un rotor après injection du mélange composite magnétique, en particulier cette représentation schématique montre une empreinte du réseau de canaux de distribution des moyens d'injection ;
[Fig. 6] est une représentation schématique du dispositif 10 selon la présente invention ;
[Fig. 7] est une représentation graphique d'une simulation et d'une mesure du champ magnétique (selon l'axe horizontal en mT) en fonction de la position angulaire (axe horizontal en degrés) au niveau de la section latérale d'un rotor fabriqué avec le dispositif selon la présente invention.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
La présente invention concerne un dispositif destiné à former, par un procédé d'injection d'un mélange composite magnétique, les pôles d'un rotor.
A cet égard, la figure 1 est une représentation schématique du dispositif 10 selon la présente invention, ledit dispositif reposant notamment sur un support plan 60, également nommée plaque de carcasse de moule.
Le dispositif 10 comprend en particulier une cavité cylindrique 20 destinée à loger le corps d'un rotor 30 (figure 2) lors de la mise en œuvre du présent dispositif 10 pour la formation des pôles dudit rotor.
Chaque pôle comprend à cet égard une ou plusieurs sections aimantées formées dans une série de cavités d'injection 34a, dite série polaire 34, du rotor, par injection d'une matière composite dans lesdites cavités. Le corps de rotor 30, généralement de forme cylindrique, est délimité par une face supérieure 31 et une face inférieure planes et parallèles entre elles, ainsi qu'une section latérale 33 reliant la face supérieure 31 et la face inférieure.
Les séries polaires présentent une répartition angulaire régulière autour d'un axe de révolution dudit rotor, et les cavités d'injection 34a sont débouchantes au niveau de la face inférieure 31 et de la face supérieure.
Le corps du rotor 30 peut avantageusement comprendre un empilement, selon l'axe de révolution, de tôles magnétiques collées entre elles.
Par exemple, les tôles magnétiques peuvent comprendre au moins un des matériaux choisis parmi : acier, acier inoxydable, FeSi, FeCo.
Le dispositif 10 comprend un moyen d'injection de matière composite magnétique dans les cavités d'injection à une pression P inférieure à une pression prédéterminée. La matière composite magnétique est notamment injectée à l'état liquide à haute température, par exemple à une température comprise entre 150°C et 320 °C. La matière composite magnétique est également adaptée pour figer (se solidifier) et adopter la forme qui lui est imposée par la cavité d'injection dans laquelle elle est injectée lors d'une phase de refroidissement.
La matière composite magnétique peut notamment comprendre de la matière plastique mélangée avec une poudre magnétique coercitive. Par exemple, la matière plastique et la poudre coercitive peuvent représenter, respectivement, 40% et 60 % du volume de la matière composite.
Le choix de la matière plastique et de la poudre coercitive peut dépendre de l'application visée et de l'efficacité magnétique du rotor. A titre d'exemple, la matière plastique peut comprendre un polyamide de type PA12. Un tel polyamide permet d'atteindre un taux de charge élevé et donc une meilleure performance magnétique. De manière alternative ou complémentaire, la matière plastique peut comprendre du poly(sulfure de phénylène), PPS, qui est un polymère résistant, est susceptible d'être utilisé à une température pouvant attendre 150°C, voire 180°C.
La poudre magnétique peut comprendre du NdFeB ayant subi le procédé HDDR (« Hydrogenation Disproportionation Desorption Recombination » selon la terminologie Anglo-Saxonne) qui permet de conférer une coercitivité élevée à la poudre, ou encore des ferrites durs (ferrite de strontium par exemple) ou du SmCo.
La pression prédéterminée est par exemple inférieure à 1000 bars.
Le dispositif 10 comprend également des modules de polarisation 40 (figures 1 et 3) régulièrement répartis, sous forme d'une couronne, dite couronne magnétique, autour de l'axe de révolution de la cavité cylindrique 20 (figure 1). En d'autres termes la cavité cylindrique 20 se trouve au centre de la couronne magnétique. Dans l'exemple représenté à la figure 1, la couronne magnétique est formée de 6 modules de polarisation. L'invention n'est cependant pas limitée à cette seule configuration.
Chaque module de polarisation peut avantageusement être disposé en correspondance une série polaire différente de manière à pouvoir imposer le champ magnétique à la matière composite magnétique susceptible d'être injectée dans les cavités d'injection de ladite série polaire.
Chaque module de polarisation 40 comprend, selon un axe principal XX', une section magnétique 42 et un pôle magnétique 43. Chaque module de polarisation 40 peut également comprendre un organe de rebouclage 41. Chaque module de polarisation peut en particulier faire apparaître dans l'ordre et selon l'axe principal XX', l'organe de rebouclage 41, la section magnétique 42 et le pôle magnétique 43.
En particulier, la section magnétique 42 de chacun des modules de polarisation 40 est destinée à imposer un champ de polarisation magnétique à la matière composite injectée à l'état liquide dans les cavités d'injection 34a. Le maintien de ce champ de polarisation jusqu'à ce que la matière composite magnétique se fige par refroidissement permet ainsi de former les sections aimantées des pôles du rotor. La mise en correspondance peut avantageusement être exécutée au moyen de guides. Ces guides peuvent notamment comprendre des trous formés de la face supérieure vers la face inférieure du rotor et des pions en projection par rapport au support plan 60 et destinés à imposer l'orientation du rotor sur le support plan 60.
La section magnétique 42 peut comprendre un aimant permanent. Toutefois, selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, la section magnétique 42 peut comprendre un porte-bobine autour duquel est formé un bobinage qui, lorsqu'il est traversé par un courant électrique, génère le champ magnétique nécessaire à la magnétisation du mélange composite magnétique. Le bobinage peut à cet égard comprendre du fil de cuivre, tandis que le porte-bobine peut comprendre un noyau magnétique (par exemple de l'acier martensitique, du FeNi, du FeCo ou tout autre alliage magnétique doux). La section magnétique 42 possède avantageusement, avec l'organe de rebouclage 41, une forme permettant un rebouclage efficace du flux magnétique sur la section magnétique elle-même ou avec le flux d'une section magnétique immédiatement adjacente (figure 6).
Dans l'exemple représenté à la figure 1, l'alimentation en courant des bobinages est adaptée pour que chaque module de polarisation génère un champ magnétique opposé à celui généré par les modules qui lui sont directement adjacents. Cet agencement permet ainsi de réaliser une alternance des pôles en termes de polarisation. Par ailleurs, toujours dans cet exemple, la force magnétomotrice de chacun des bobinages peut être de lOkA. tours, requérant pour chacun desdits bobinages une puissance totale d'environ 4 kW en courant continu. En fonctionnement, une telle puissance est susceptible d'engendrer un échauffement important. Ainsi, afin de pouvoir limiter ce dernier, il est possible de mettre en œuvre un système de refroidissement, par exemple un système de circulation d'un fluide caloporteur directement dans le porte-bobine. La mise en œuvre d'un système de refroidissement permet à cet égard d'augmenter le courant susceptible de traverser chacun des bobinages, et par voie de conséquence imposer un champ de polarisation plus important, sans pour autant devoir augmenter la taille de la couronne magnétique.
La considération du couple porte-bobine refroidi/bobinage permet de former une couronne magnétique relativement compacte. Par ailleurs, ce système de génération de champ magnétique est pilotable de sorte que le champ magnétique qu'il génère peut être coupé à chaque instant, et notamment lorsque la matière composite magnétique est complètement solidifiée. Le moule peut ainsi être ouvert dans des conditions de sécurité améliorées.
Il est ainsi possible d'opérer ce dispositif dans des conditions de sécurité améliorées au regard de dispositifs mettant en œuvre des aimants magnétiques permanents. Le pôle magnétique 43 de chaque module de polarisation 40 donné, présente une forme de pyramide tronquée dont la hauteur est parallèle à la direction principale du module de polarisation considéré (figure 3). En particulier, la petite base de la pyramide tronquée forme une surface de maintien latéral 43a incurvée de manière à épouser la forme de la section latérale du rotor. Plus particulièrement, l'ensemble des surfaces de maintien latéral 43a, 46a et 46b définissent une surface latérale 43s de la cavité cylindrique 20 (figure 1).
Le pôle magnétique 43 peut comprendre une section centrale 45 ainsi qu'une première section latérale 46a et une deuxième section latérale 46b.
En particulier, la section centrale 45 peut être intercalée entre la première section latérale 46a et la deuxième section latérale 46b (figure 3). Plus particulièrement, au sein d'un module de polarisation 40, la section centrale 45 faite d'un matériau magnétique permet de guider le champ magnétique produit au niveau de la section magnétique vers le centre d'une série polaire du rotor, tandis que la première section latérale 46a et la deuxième section latérale 46b faites d'un matériau non magnétique limitent les fuites magnétiques entre les sections centrales 45 adjacentes. En particulier, la première section latérale 46a et la deuxième section latérale 46b présentent une perméabilité magnétique très inférieure à celle de la section centrale 45, de manière avantageuse égale à celle de l'air.
Le dispositif 10 selon la présente invention peut également comprendre des moyens de blocage qui permettent notamment de maintenir les surfaces de maintien latéral 43a, 46a et 46b en appui contre la section latérale du rotor. Cet appui des surfaces de maintien latéral 43a, 46a et 46b, est notamment adapté pour compenser les contraintes mécaniques susceptibles d'être imposées au rotor lors de l'injection de la matière composite à la pression P. En d'autres termes, les moyens de blocage sont agencés pour que la surface latérale 43s de la cavité cylindrique 20 s'oppose à la déformation latérale du rotor lors de l'injection à la pression P du mélange composite magnétique.
Cet aspect est particulièrement avantageux notamment lorsque le rotor présente des zones sensibles à la déformation sous l'effet d'une pression interne subie lors de l'injection de la matière composite magnétique. Ces zones sensibles sont notamment induites par la proximité des cavités d'injection et de la section latérale du rotor. Le seul maintien par la surface latérale, éventuellement en compression, permet de préserver l'intégrité mécanique du rotor lors de l'injection à la pression P du mélange composite magnétique.
Les moyens de blocage peuvent avantageusement comprendre des vérins qui exercent chacun un effort de manière concentrique selon l'axe principal de chaque module de polarisation 40.
De manière alternative, les moyens de blocage peuvent comprendre une pluralité de rails inclinés, par exemple d'un angle inférieur à 10°, par rapport à l'axe de révolution de la cavité cylindrique 20, et le long desquels les modules de polarisation sont susceptibles de coulisser. En particulier, chaque module de polarisation peut être associé à un ou deux rails 50 mécaniquement liés au support plan 60 et par rapport auquel lesdits rails sont en projection. Selon cette configuration, chacun des modules de polarisation peut coulisser entre deux positions dites, respectivement, position haute et position basse. La position basse étant notamment une position pour laquelle lesdits modules reposent sur le support plan. En particulier, l'inclinaison des rails est adaptée pour que lors du coulissement des modules de polarisation 40 de la position haute vers la position basse, les surfaces de maintien latéral 43a se rapprochent les unes des autres afin de venir au contact de la section latérale du rotor pré-positionné sur le support plan.
Le dispositif 10 peut également comprendre un organe de maintien inférieur 70 (figures 4a et 4b) et un organe de maintien supérieur 71 (figure 4c) maintenus en appui (en pression) par des deuxièmes moyens de blocage contre, respectivement, la face supérieure 31 du rotor et la face inférieure du rotor. Ce maintien par l'organe de maintien supérieur 71 et par l'organe de maintien inférieur 70 est adapté pour compenser les (s'opposer aux) contraintes susceptibles d'être imposées au rotor lors de l'injection de la matière composite à la pression P.
Les organes de maintien inférieur et supérieur peuvent chacun prendre la forme d'un plaque de maintien.
Ce dernier aspect est particulièrement avantageux lorsque le corps du rotor est formé d'un empilement de tôles. En effet, la simple mise en œuvre de l'organe de maintien supérieur 71 et de l'organe de maintien inférieur 70 permet de maintenir jointives les tôles entre elles, et de limiter toute infiltration de la matière composite magnétique lors de l'étape d'injection.
Selon un autre aspect de l'invention, le moyen d'injection peut être agencé pour injecter de la matière composite magnétique au niveau de la face supérieure 31 du rotor 30.
En particulier, le moyen d'injection peut coopérer avec l'organe de maintien supérieur 71 pour l'injection de la matière composite magnétique dans les cavités d'injection 34. A cet égard et de manière avantageuse, l'organe de maintien supérieur 71 peut comprendre une pluralité de canaux de distribution agencés pour l'injection collective de la matière composite magnétique dans chacune des cavités magnétique 34, tout en assurant un maintien axial du rotor grâce à des surfaces parallèles aux faces supérieure et inférieure du rotor. Cet agencement permet d'injecter, en même temps, la même quantité de matière composite magnétique dans chacune des cavités d'injection de manière à équilibrer les contraintes subies par le rotor dans tout son volume. A cet égard, la figure 5 représente une empreinte E des canaux de distribution, faite du mélange composite magnétique figé.
Selon un mode de réalisation particulier, les cavités d'injection d'une série polaire sont symétriques par rapport à un plan formé par l'axe de révolution et par l'axe principal du module de polarisation en correspondance avec la série polaire concernée, et sont disposées en plusieurs rangées les unes derrières les autres le long dudit axe principal (figure 2).
En d'autres termes, les cavités d'injection d'une série polaire sont disposées les unes derrières les autres selon une direction radiale. Par exemple, et selon un mode de réalisation particulier, la section d'une cavité d'injection selon un plan de coupe perpendiculaire à l'axe de révolution et selon une direction radiale (du centre vers la section latérale) présente une forme concave (par exemple une forme en arc plein). Selon un tel agencement, toutes les cavités d'injection d'une série polaire ne sont pas exposées de manière équivalente au champ magnétique imposé par le module de polarisation. En particulier, les cavités les plus proches du centre du rotor sont écrantées par les cavités situées plus à proximité de la section latérale du rotor. Afin de pallier ce problème, le dispositif peut comprendre des moyens répartiteurs de champ magnétique destinés à répartir le champ magnétique imposé par chaque module de polarisation aux cavités d'injection de la série polaire avec laquelle ledit module. En particulier, ces moyens répartiteurs peuvent comprendre des inserts 55 destinés à réaliser un pont magnétique entre le module de polarisation et au moins une des cavités ou des rangées de cavités d'injection de la série polaire en correspondance avec ledit module de polarisation.
Plus particulièrement, ces inserts 55 réalisent notamment un contact au niveau du pôle magnétique et la face supérieure du rotor à proximité d'une cavité d'injection, et plus particulièrement entre deux cavités ou rangées de cavités d'injection d'une série polaire. Ces inserts 55 peuvent en particulier coopérer avec l'un et l'autre de l'organe de maintien supérieur 71 et de l'organe de maintien inférieur 70. Un organe de maintien peut comprendre des orifices 56, débouchant au niveau d'une première face, et dans lesquelles sont positionnés les inserts 55. La première face est en particulier opposée à une deuxième face de l'organe de maintien considéré destiné à être en contact avec une face du rotor 30 (figures 4a et 4b). Les orifices 56 ont avantageusement une forme complémentaire aux inserts 55.
Par ailleurs, l'insert 55 comprend en outre une protubérance 55a traversant, par un passage 70a, l'organe de maintien inférieur 70 et débouchant au niveau de la deuxième face dudit organe pour venir au contact de la face inférieure du rotor 30. L'autre extrémité 55b des inserts vient en contact avec le module de polarisation correspondant de manière à réaliser un pont magnétique avec le rotor. A cet égard, les inserts présentent avantageusement une permittivité magnétique supérieure à celle de l'organe de maintien inférieur, de sorte que lesdits inserts 55 forment un chemin de circulation privilégié pour le champ magnétique imposé par le module de polarisation. Le même agencement des inserts 55 est prévu en relation avec l'organe de maintien supérieur 71 (figure 4c).
Il est ainsi possible de mieux répartir le champ magnétique et surtout de compenser au moins en partie l'écrantage exercé au niveau d'une cavité d'injection donnée par une autre cavité d'injection qui s'interpose entre le module de polarisation et ladite cavité d'injection donnée.
Les inserts 55 peuvent ainsi comprendre un alliage ferromagnétique doux (par exemple acier martensitique, FeCo, FeNi ou tout autre alliage présentant une perméabilité relative élevée - de préférence supérieure à 500 - et une induction à saturation élevée - de préférence supérieure à 1.5T).
L'organe de maintien supérieur 71 peut comprendre un matériau métallique parfaitement amagnétique (par exemple inox 316L recuit après usinage, Inconel, alliages de cuivre et/ou d'aluminium, laiton,...).
La figure 6 est une représentation schématique du dispositif 10 selon la présente invention.
En particulier, cette figure représente la répartition des lignes de champ magnétique (sous forme de flèches) créées par les bobinages B.
La Figure 7 est une représentation graphique d'une simulation et d'une mesure du champ magnétique (selon l'axe horizontal en « mT ») en fonction de la position angulaire (axe horizontal en degrés) au niveau de la section latérale du rotor fabriqué avec le dispositif selon la présente invention. Les deux courbes représentatives du champ magnétique se superposent parfaitement, indiquant en particulier la bonne compréhension et la performance du dispositif de formation de pôles selon la présente invention.

Claims

Revendications
1. Dispositif (10) pour la formation de pôles d'un rotor (30), chaque pôle comprenant une ou plusieurs sections aimantées formées dans une série de cavités d'injection (34a), dite série polaire, du rotor (30), par injection d'une matière composite dans lesdites cavités, le dispositif (10) comprend :
- un rotor (30), disposé dans une cavité cylindrique (20), ledit rotor (30) étant délimité par une face supérieure (31) et une face inférieure planes et parallèles entre elles, et reliées par une section latérale (33) de forme cylindrique, les séries polaires présentent une répartition angulaire régulière autour d'un axe de révolution dudit rotor (30), et les cavités d'injection (34a) sont débouchantes au niveau de la face inférieure et de la face supérieure (31) ;
- un moyen d'injection de matière composite magnétique, à l'état liquide, dans les cavités d'injection (34a) à une pression P inférieure à une pression prédéterminée ;
- des modules de polarisation répartis régulièrement autour de l'axe de révolution de la cavité cylindrique (20), chaque module de polarisation (40) comprenant, dans l'ordre et selon un axe principal, un organe de rebouclage (41), une section magnétique (42) destinée à imposer un champ de polarisation magnétique à la matière composite susceptible d'être injectée dans les cavités d'injection (34a), et un pôle magnétique (43), les pôles magnétiques comprenant une surface, dite surface de maintien latéral (43a), l'ensemble des surfaces de maintien latéral définissant une surface latérale (43s) de la cavité cylindrique (20) ;
- des moyens de blocage agencés de manière à maintenir les surfaces de maintien latéral en appui contre la section latérale (33) du rotor (30), de sorte que les surfaces de maintien latéral compensent des contraintes imposées au rotor (30) lors de l'injection de la matière composite à la pression P.
2. Dispositif (10) selon la revendication 1, dans lequel chaque module de polarisation (40) est disposé en correspondance avec une série polaire différente de manière à pouvoir imposer le champ magnétique à la matière composite magnétique susceptible d'être injectée dans les cavités d'injection (34a) de ladite série polaire.
3. Dispositif (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit dispositif (10) comprend un organe de maintien supérieur (71) et un organe de maintien inférieur (70) maintenus en appui par des deuxièmes moyens de blocage contre, respectivement, la face supérieure (31) et la face inférieure, et de manière à compenser des contraintes susceptibles d'être imposées au rotor (30) lors de l'injection de la matière composite à la pression P.
4. Dispositif (10) selon la revendication 3, dans lequel le moyen d'injection est agencé pour injecter de la matière composite magnétique au niveau de la face supérieure (31) du rotor (30).
5. Dispositif (10) selon la revendication 3 ou 4, dans lequel le moyen d'injection coopère avec l'organe de maintien supérieur (71) pour l'injection de la matière composite magnétique dans les cavités d'injection (34a).
6. Dispositif (10) selon la revendication 5, dans lequel l'organe de maintien supérieure (71) comprend une pluralité de canaux de distribution agencés pour l'injection collective de la matière composite magnétique dans chacune des cavités d'injection (34a).
7. Dispositif (10) selon l'une des revendications 3 à 6, dans lequel les cavités d'injection (34a) d'une série polaire sont symétriques par rapport à un plan formé par l'axe de révolution et par l'axe principal du module de polarisation (40) en correspondance avec la série polaire concernée, et sont disposées les unes derrières les autres le long dudit axe principal, le dispositif (10) comprend des moyens répartiteurs de champ magnétique destinés à répartir le champ magnétique imposé par chaque module de polarisation (40) aux cavités d'injection (34a) de la série polaire avec laquelle ledit module (40) est en correspondance.
8. Dispositif (10) selon la revendication 7, dans lequel les moyens répartiteurs comprennent des inserts 55, chaque insert formant un pont magnétique entre un module de polarisation (40) et des cavités d'injection (34a) de la série polaire avec laquelle ledit module (40) est en correspondance.
9. Dispositif (10) selon la revendication 8, dans lequel le pont magnétique est réalisé entre le module de polarisation (40) et des cavités d'injection de la série de polaire susceptibles d'être écrantées par d'autres cavités d'injection (34a) de cette même série polaire. 17
10. Dispositif (10) selon la revendication 9, dans lequel les inserts 55 sont insérés dans des orifices 56 de l'organe de maintien supérieur (71) et de l'organe de maintien inférieur (70), et comprennent avantageusement un matériau ferromagnétique.
11. Dispositif (10) selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel la section magnétique (42) comprend un porte-bobine autour duquel est formé un bobinage qui lorsqu'il est traversé par un courant électrique génère le champ magnétique nécessaire à la magnétisation du mélange composite magnétique susceptible d'être injecté dans les cavités d'injection (34a).
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