EP4476813A1 - Procédé de fabrication d'un rotor pour machine électrique - Google Patents

Procédé de fabrication d'un rotor pour machine électrique

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Publication number
EP4476813A1
EP4476813A1 EP23703468.1A EP23703468A EP4476813A1 EP 4476813 A1 EP4476813 A1 EP 4476813A1 EP 23703468 A EP23703468 A EP 23703468A EP 4476813 A1 EP4476813 A1 EP 4476813A1
Authority
EP
European Patent Office
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rotor
magnets
magnet
support
unitary
Prior art date
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Pending
Application number
EP23703468.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jere Kolehmainen
Fernando BONILLA-ANGULO
Gildas LECUYER
Laurent Aubanel
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.)
Whylot SAS
Ampere SAS
Original Assignee
Whylot SAS
Ampere SAS
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Filing date
Publication date
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Publication of EP4476813A1 publication Critical patent/EP4476813A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
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    • 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]
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    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/28—Means for mounting or fastening rotating magnetic parts on to, or to, the rotor structures

Definitions

  • the present invention generally relates to electrical machines.
  • the invention finds a particularly advantageous application in electric motors for electric or hybrid motor vehicles.
  • An electrical machine generally comprises a stator and a rotor.
  • the rotor carries a series of large permanent magnets, while a series of coils are carried by the stator.
  • the coils are supplied with an electric current, the rotor, which is secured to the output shaft of the electric machine, is subjected to a torque resulting from the magnetic field.
  • the present invention proposes to segment these large permanent magnets into a plurality of unitary magnets while forming them by deposition of a magnetic material.
  • said material is also metallic.
  • a method of manufacturing a rotor for an electric machine comprising a body and at least one magnet which is carried by the body and which comprises at least one first unitary magnet and at least one second unit magnet, said method comprising the following steps:
  • the magnet is divided into several unitary magnets.
  • the unitary magnets then constitute portions of the magnet which are more electrically isolated from each other than their equivalent in the form of a single monobloc magnet. This reduces eddy currents within the magnet and therefore reduces energy losses.
  • the performance of the electric machine is thus increased compared to the use of large one-piece permanent magnets of the prior art.
  • the deposition of a magnetic material is an additive manufacturing process, that is to say by adding material, such as the cold spraying of a magnetic material , i.e. by dynamic cold spraying, or magnetic printing, better known as 3D printing.
  • the invention therefore proposes to produce unitary magnets by depositing a magnetic material on a support separate from the body of the rotor. Indeed, although the magnets are not formed directly on the body and their fixing is thus less resistant to mechanical stresses and more complex than in the prior art, this makes it possible to divide the magnet into unitary magnets and to reduce the eddy currents.
  • the first unitary magnet is formed by cold spraying of a magnetic material
  • the fixing step comprises the positioning of a face of the first unitary magnet opposite and at a distance of less than 1 mm from a face of the second unitary magnet;
  • the method comprises a step of forming the second unitary magnet by depositing a magnetic material on the body;
  • the body comprises a stack of metal sheets and in which the second unitary magnet is formed by depositing a magnetic material on at least two of said metal sheets;
  • said at least one second unit magnet has a shape complementary to that of said at least one first unit magnet and the fixing step comprises fitting said at least one first unit magnet with said at least one second unit magnet;
  • the support is made of a magnetically conductive material and, when fixing the support, it is planned to position the support on the periphery of the rotor;
  • the first unitary magnet is formed on an internal surface of the support and there is provided a step of forming the second unitary magnet by depositing a magnetic material on an external surface of the support opposite the internal surface;
  • Said support is made of an electrically insulating material
  • the body comprises at least one housing and, when fixing the support, it is planned to insert the support into said housing.
  • the invention also proposes a rotor for an electric machine comprising:
  • said magnet comprising at least:
  • first unitary magnet which is formed by depositing a magnetic material on the support; and a second unit magnet.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a rotor according to a first embodiment, obtained by means of a manufacturing method according to the invention
  • Figure 2 is a schematic sectional view of part of the rotor of Figure 1 before the fixing of supports on the body of the rotor;
  • Figure 3 is a schematic perspective view of part of the rotor of Figure 1 before fixing supports on the body of the rotor;
  • Figure 4 is a schematic perspective view of an example of unit magnets implemented in a first variant of the first embodiment of the rotor
  • Figure 5 is a schematic perspective view of another variant embodiment of unit magnets implemented in the first embodiment
  • Figure 6 is a schematic sectional view of part of another example of a rotor according to the first embodiment, obtained by means of a manufacturing method according to the invention
  • Figure 7 is a schematic perspective view of a support on which unitary magnets are deposited for the manufacture of a rotor according to a second embodiment, obtained by means of a manufacturing method according to invention
  • Figure 8 is a schematic sectional view of part of a rotor according to the second embodiment and comprising the support and the unit magnets of Figure 7;
  • Figure 9 is a view is a schematic perspective view of another alternative embodiment of the support for the manufacture of a rotor according to the second embodiment
  • Figure 10 is a schematic sectional view of part of another example of a rotor according to the second embodiment and comprising the support of Figure 9.
  • FIG. 1 there is shown a rotor 1 for an electric machine obtained by means of a manufacturing process according to the invention.
  • This rotor 1 is here intended to be part of a radial flux electric machine, this machine being hopefully a motor for propelling an electric or hybrid vehicle.
  • a machine comprises a rotor and a stator.
  • the invention is particularly suited to the manufacture of an electrical machine having a wide range of rotational speed values.
  • the rotor 1 comprises a body 10, the shape of which is generally tubular around an axis of rotation A1, and permanent magnets, subsequently called magnets 20.
  • the body 10 is here made of a ferromagnetic material such as electrical steel.
  • the stator (not shown) also has a tubular shape and surrounds the rotor 1.
  • the stator and the rotor 1 are co-axially aligned around the axis of rotation A1.
  • the stator On its inner face facing the rotor 1, the stator comprises teeth around which are wound coils of electrically conductive wire.
  • the stator is also compatible with hairpin winding. When these windings are supplied with electric current, they generate a rotating magnetic field driving in particular the permanent magnets, which makes it possible to set the rotor 1 in motion.
  • the invention relates more specifically to the rotor 1.
  • the body 10 of the rotor 1 is formed by a stack of metal sheets 15, for example electrical steel, extending perpendicularly to the axis of rotation A1.
  • the section of the body 1 shown in Figure 1 comprises a single metal sheet 15.
  • the body can be made by compacting a magnetic powder.
  • the rotor 1 also comprises a plurality of supports 30.
  • the rotor 1 more specifically comprises a support 30 for each magnet 20, that is to say here sixteen supports 30 and magnets 20.
  • Each support 30 is a separate part body 10 in the sense that the material forming the body 10, that is to say here the metal sheets 15, does not form the supports 30. As explained later, this results here in the fact that the supports 30 are made separately from the body 10 and then attached to the latter.
  • each magnet 20 comprises a plurality of unit magnets, that is to say at least two unit magnets.
  • each magnet 20 comprises seven unit magnets.
  • Each unit magnet is monobloc.
  • the term "unitary" means that the unitary magnets are the smallest one-piece magnetic elements constituting the magnets 20.
  • the unitary magnets forming the same magnet 20 are arranged side by side. Two unitary magnets forming the same magnet 20 arranged side by side are adjacent in the sense that they are located at a very small distance, relative to their respective size, from one another. Typically, two adjacent unit magnets are located within 1 mm of each other.
  • each magnet 20 more specifically comprises first unit magnets 21 and second unit magnets 22. As shown in Figure 2, the first unit magnets 21 are separated from each other. The same is true for the second unitary magnets 22. This makes it possible to further reduce the eddy currents within the magnet 20.
  • the rotor 1 is manufactured according to a process comprising the following main steps:
  • the term “formation” here means a process by which an object, in particular here the first unitary magnets 21, acquires its shape.
  • the deposition of the magnetic material gives their shape to the first unitary magnets 21 and this directly on the supports 30.
  • the magnetic material is also metallic.
  • This method more particularly comprises a first step of supplying or manufacturing the body 10.
  • the first step comprises cutting the metal sheets 15 to the desired shape, for example the shape shown in FIG. and attaching the metal sheets to form the body 10.
  • the method then comprises a second step of supplying or manufacturing the supports 30.
  • a third step of the process comprises the formation of the first unitary magnets 21 on the supports 30.
  • the first unitary magnets 21 are formed by depositing a magnetic material, preferably also metallic.
  • magnetic material means a material that can be magnetized so that it generates a permanent magnetic field or a material that already has a permanent magnetic field, examples are given below.
  • the first unitary magnets 21 are thus formed by additive manufacturing, as opposed to subtractive manufacturing (such as machining).
  • the first unitary magnets 21 are more particularly formed by dynamic cold spraying of a magnetic material, hereinafter called “cold spraying”. Cold spraying is a process better known under the English name of “cold spray”. It consists of projecting a magnetic powder, preferably also metallic, at supersonic speed via a pressurized and heated gas.
  • the first unitary magnets 25 are thus, by construction, firmly fixed to the supports 30.
  • the projected magnetic powder is for example a mixture of two powders: a first magnetic powder having a remanence greater than 700 mT which can be an alloy neodymium, praseodymium, iron or boron, and a second magnetic powder, for example aluminum or copper.
  • a first magnetic powder having a remanence greater than 700 mT which can be an alloy neodymium, praseodymium, iron or boron
  • a second magnetic powder for example aluminum or copper.
  • the mixing ratio between the first powder and the second powder is for example between 1:2 and 9:10.
  • the particle size of the first and second powders is preferably between 5 ⁇ m and 40 ⁇ m to allow efficient spraying.
  • a fourth step of the process comprises the formation of the second unit magnets 22.
  • the second unit magnets 22 can be formed on the body 10 (first mode illustrated in FIG. 1) or on the supports 30 (second mode illustrated in FIG. 7).
  • the second unit magnets 22 are also formed by deposition of a magnetic material and more particularly by cold spray.
  • the unitary magnets can be formed by other additive manufacturing processes such as 3D printing of magnetic material, for example by depositing magnetic powder and locally melting it using a laser beam. .
  • the method finally comprises a fifth step of fixing the supports 30 relative to the body 10.
  • the fifth step makes it possible to fix the position of the supports 30 and the magnets 20 relative to the body 10 in accordance with their final position in the electric machine. .
  • This first embodiment is characterized in that, during the fourth step, the second unit magnets 22 are formed directly on the body 10. This means here that the second unit magnets 22 are deposited by cold spraying on the metal sheets 15 of the body 10. The second unitary magnets 22 are thus firmly fixed to the body 10.
  • the second unit magnets 22 each extend over at least two metal sheets 15 of the body 10, which improves the cohesion of the metal sheets 15.
  • the second unit magnets 22 extend over a large number of metal sheets 15, for example over 10 to 100 metal sheets 15.
  • the supports 30 are preferably also formed by a stack, along the axis of rotation A1, of metal sheets which are for example made of the same material as that of the body 10. For each support 30, the first unitary magnets then extend over several metal sheets, which improves their cohesion.
  • the supports 30 are made of an electrically conductive material and, as shown in Figure 1, they are positioned on the periphery of the rotor 1.
  • the supports 30 thus participate in the conduction and the channeling of the magnetic fluxes in the rotor 1 .
  • the supports 30 are distributed, here regularly, circumferentially all around the body 10 and at a distance from each other.
  • the first unit magnets 21 rise from an inner surface 31 of the support 10, the inner surface 31 being intended to be oriented towards the body 10 of the rotor 1 .
  • the second unitary magnets 22 rise from a peripheral surface 11 of the body 10.
  • Each peripheral surface 11 of the body 10 is intended to be located opposite one of the supports 30.
  • the second unit magnets 22 more specifically have a shape complementary to that of the first unit magnets 21 so as to fit together as shown in Figure 1.
  • the first unitary magnets 21 form reliefs on the internal surfaces 31 and the second unitary magnets 22 form reliefs, of complementary shape to that of the reliefs formed by the first unitary magnets 21, on the peripheral surfaces 11 .
  • the first unit magnets 21 and the second unit magnets 22 are more specifically designed to form a tight fit, that is to say with very little free space between them, this which maximizes the volume of magnetic material.
  • this free space is advantageously filled with an electrically insulating material.
  • first and second unitary magnets can fit together so as to form channels which can be used to cool the rotor.
  • first unit magnets 21 and the second unit magnets 22 here have similar shapes, as is the case in the examples illustrated in Figures 3 to 5.
  • first unit magnets 21 are regularly spaced on the internal faces 31 and the second unit magnets 22 are regularly spaced in a similar way, i.e. with the same spacing, on the peripheral faces 11.
  • the unit magnets 21, 22 positioned at the edge of the magnets 20 which may exceptionally have different shapes.
  • the first unit magnets 21 and the second unit magnets 22 then fit together by offsetting them by half a spacing.
  • each unit magnet 21, 22 forms a rectilinear rib extending parallel to the axis of rotation A1. This ensures an effective hold of the metal sheets.
  • the section of a unitary magnet 21, 22 in a plane perpendicular to the axis of rotation A1 is globally triangular. This section more specifically presents an isosceles trapezium shape. The top of this section, ie its side of shortest length, coming into contact with a peripheral surface 11 of the body 10 or the internal surface 31 of a support 30.
  • each first magnet unit 21 has one of its main faces 23a which extends opposite and at a distance of less than 1 mm from the main face 23b of a second unit magnet 22 adjacent.
  • the main faces 23a, 23b of two adjacent unit magnets 21, 22 extend parallel to each other.
  • Figures 4 and 5 illustrate other variant embodiments of the unit magnets 21, 22.
  • the unit magnets 21 extend in length in a wavy, even sinusoidal manner. This limits in particular the eddy currents which could circulate between two second unitary magnets 22 via the metal sheets 15. This is also valid for the first unitary magnets 21 vis-à-vis the metal sheets forming the supports 30.
  • the unitary magnets can extend in a sawtooth and have flat faces.
  • the unit magnets 21, 22 have a more complex shape of pad with flat faces which are connected to each other by thin walls. This shape further limits eddy currents than the other examples described above.
  • the second step comprises the manufacture of supports 30 by cutting and stacking metal sheets.
  • the first unitary magnets 21 are formed on the internal surfaces 31 of the supports 30.
  • the second unit magnets 22 are formed on the peripheral surfaces 11 of the body 10. The fact that the second unit magnets 22 have a shape similar to the first unit magnets 21 simplifies the cold spray process.
  • the fifth step includes the interlocking of the first unit magnets 21 with the second unit magnets 22.
  • the fifth step therefore includes the positioning of the main faces 23a, 23b of two adjacent unit magnets 21, 22 opposite one of the 'other.
  • the internal surfaces 31 of the supports 30 and the peripheral surfaces 11 of the body 10 are generally planar.
  • the interlocking can therefore be performed by a rectilinear translational movement of the supports 30 in radial directions, ie perpendicular to the axis of rotation A1.
  • a wide variety of shape is then possible for the unitary magnets 21, 21, as shown in Figures 3 to 5.
  • Interlocking can also include a rotational movement as shown schematically by an arrow in Figure 3.
  • each support 30 and the peripheral surfaces 11 of the body 10 have curved V shapes.
  • the supports 30 thus have a generally triangular section in a plane perpendicular to the axis of rotation A1 (corresponding to the plane of FIG. 6). It is then provided that the unitary magnets 21, 22 also extend in length along the axis of rotation A1 and in a rectilinear manner (as in FIG. 3). The positioning of the supports 30 then comprises a translational movement along the axis of rotation A1 relative to the body 10 of the rotor 1.
  • the second unit magnets 22 block the first unit magnets 21 radially and therefore constitute means, for the supports 30, of resisting the radial stresses (typically the centrifugal forces) when the rotor 1 is rotating.
  • the rotor 1 according to the example illustrated in FIG. 6 is therefore particularly resistant to mechanical stresses.
  • the fifth step then comprises fixing the second unitary magnets - support assemblies to the body 10.
  • the supports 30 are thus fixed relative to the bodies 10 by means of the unitary magnets 21, 22 .
  • the second unitary magnets - support assemblies are glued to the body 10.
  • the fifth step comprises depositing an adhesive on the first unitary magnets 21 and/or the second unitary magnets 22 before they are interlocked.
  • the glue is for example deposited on the main faces 23a, 23b of the magnets units 21, 22.
  • the glue is for example an epoxy resin, a two-component glue or a thermosetting glue.
  • the glue is preferably electrically insulating.
  • the second unitary magnet-support assemblies can be fixed to the body by an adhesive strip, screws or even external fixing means such as bands surrounding the supports circumferentially. In this variant, an electrical insulator is placed between the first and second unitary magnets.
  • the unitary magnets 21, 22 of each magnet 20 are therefore separated from each other by a layer of electrically insulating material, here a layer of glue.
  • This layer of insulating material makes it possible to further reduce the eddy currents compared to unitary magnets which would be in contact.
  • the interlocking of the first unit magnets 21 with the second unit magnets 22 offers large bonding surfaces which makes it possible to securely attach the supports 30 to the body 10.
  • the unit magnets 21, 22 in the form of a stud such as 'Illustrated in Figure 5 offer a larger bonding surface than unitary magnets 21, 22 rectilinear. Thanks to this large bonding surface, the rotor 1 according to the first embodiment is very resistant to mechanical stresses, in particular to radial stresses.
  • FIG. 7 A second embodiment of the manufacturing method of the rotor 1 according to the invention is shown in Figures 7 to 10.
  • This second embodiment is characterized in that, during the fourth step, the second unitary magnets 22 are also formed on the supports 30.
  • the magnets 20 are integrally formed on the supports 30 and then attached to the body 10.
  • the body 10 here comprises housings 12 in which it is planned to insert the magnets 20.
  • each support 30 has the form of a thin sheet.
  • the thickness of the supports 30 is preferably less than 1 mm, it is for example equal to 0.2 mm.
  • the supports 30 thus have two opposite surfaces: one is the internal surface 31, the other is called the external surface 32.
  • magnet - support consisting of a support and second unitary magnets which are deposited on the latter in the third step and in the fourth step.
  • the second unit magnets 22 are formed on the outer surface 32 of the supports 30.
  • the first unit magnets 22 are formed on the outer surface 32 of the supports 30.
  • the supports 30 are made of an electrically insulating material, that is to say which does not or very weakly conduct electric currents.
  • the supports 30 are for example made of ceramic, for example a ceramic comprising aluminum oxide, glass, stone or concrete.
  • the first unitary magnets 21 are particularly well electrically insulated from the second unitary magnets 22, which makes it possible to effectively reduce the eddy currents within the magnets 20, more than in the first embodiment.
  • each support 30 is a plate. To simplify the reading of FIG. 7, the support 30 is represented in transparency.
  • the unit magnets 21, 22 form reliefs separated from each other and rising from each of the opposite surfaces of the support 30.
  • the unit magnets 21, 22 form more particularly rectilinear ribs extending parallel to the axis of rotation A1, which subsequently allows the insertion of the magnet assembly - support in a housing 12 along the axis of rotation A1.
  • the section of a unit magnet 21 in a plane perpendicular to the axis of rotation A1 here has the shape of an isosceles trapezium, with the exception of its ends which are rounded.
  • the base 24a, 24b of the unit magnets 21, 22, that is to say their contact surface with the support 30, extends opposite and at a distance less 1 mm from one or two other bases 24a, 24b.
  • the housings 12 also have reliefs of a shape complementary to that of the unit magnets 21, 22.
  • the housing 12 illustrated in FIG. 8 has a section in a plane perpendicular to the axis of rotation A1 whose shape is wavy.
  • the magnet assembly - support is inserted into its housing 12 to the nearest clearance, as shown in Figure 8.
  • each support 30 is a plate having filling reliefs 33.
  • the filling reliefs 33 form recesses in each of the opposite surfaces of the support 30.
  • the filling reliefs 33 of the same surface of the support 30 are identical and regularly spaced. Here they form an alternation of hollows and bumps.
  • each support 30 the unitary magnets 21, 22 are formed in the filling reliefs 33.
  • the magnets 20 are thus similar to those of the first embodiment illustrated in Figure 1.
  • Each first Unit magnet 21 therefore has one of its main faces 23a which extends opposite and at a distance of less than 1 mm from the main face 23b of an adjacent unit magnet 21.
  • the insulating material separating the unitary magnets 21 from the same magnet 20 is the support 30 itself (and not the glue layer).
  • the filling reliefs 33 may have other shapes, for example shapes suitable for manufacturing the unitary magnets 21, 22 as shown in Figures 4 or 5.
  • the magnet-support assemblies and the housings 12 preferably have two flat main faces 35 as shown in FIG. 10.
  • the first step of the manufacturing process of the rotor 1 also includes the manufacturing of the body 10 by cutting and stacking metal sheets 15.
  • the metal sheets 15 are cut so as to form the housings 12.
  • the sheets are cut and placed in relation to each other in the same way.
  • the housings 12 thus form channels of uniform section extending along the axis of rotation A1.
  • the second step includes the supply or manufacture of the supports 30.
  • the first unitary magnets 21 are formed on the internal surfaces 31 of the supports 30.
  • the first unit magnets 21 may be formed by rising from the planar inner surfaces 31, as in Figures 7 and 8, or by filling in the filling reliefs 33, as in Figures 9 and 10.
  • the second unit magnets 22 are formed on the external surfaces 32 of the supports 30.
  • the second unit magnets 21 can be formed by rising from the external surfaces 32 planar, as in Figures 7 and 8, or by filling the filling reliefs 33, as in Figures 9 and 10.
  • the fourth step thus comprises, for each first unitary magnet 21, the positioning of one face of a second unitary magnet 22 opposite one of the faces of the first unitary magnet 21 .
  • the facing faces of two adjacent unitary magnets 21, 22 can be the main faces 23a, 23b (FIGS. 9 and 10) or the bases 24a, 24b (FIGS. 7 and 8).
  • the fifth step includes the positioning, here by insertion, of the magnet-support assemblies in the housings 12.
  • the magnet-support assemblies are fixed in the housings 12.
  • the supports 30 are thus fixed relative to the body 10 by means of the magnets units 21, 22.
  • the two embodiments presented can be combined. It is for example possible to implement a ceramic plate on which the unitary magnets are deposited on a surface, then to adhere the opposite surface of the plate to the body and to the unitary magnets which have been deposited on the body.
  • the unitary magnets can also extend along directions other than that of the axis of rotation, for example along orthoradial directions, ie orthogonal to the axis of rotation and to a radial direction.
  • the rotor comprises several layers of magnets manufactured according to the invention stacked radially. This makes it possible in particular to produce a synchronous reluctance motor assisted by permanent magnets.
  • a rotor can for example be manufactured by nesting several V-shaped supports, adapted from that shown in FIG. 6, one inside the other.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un rotor (1) pour machine électrique comprenant un corps (10) et au moins un aimant (20) qui est porté par le corps et qui comprend au moins un premier aimant unitaire (21) et au moins un second aimant unitaire (22), ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - formation du premier aimant unitaire par dépôt d'une matière magnétique sur un support (30) distinct du corps; - fixation du support par rapport au corps.

Description

TITRE DE L’INVENTION : PROCÉDÉ DE FABRICATION D’UN ROTOR POUR MACHINE ELECTRIQUE
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
[0001 ] La présente invention concerne de manière générale les machines électriques.
[0002] Elle concerne plus particulièrement un procédé de fabrication d’un rotor pour machine électrique pour machine électrique à flux radial ou axial.
[0003] Elle concerne également un rotor fabriqué selon ce procédé.
[0004] L’invention trouve une application particulièrement avantageuse dans les moteurs électriques pour véhicules automobiles électriques ou hybrides.
ETAT DE LA TECHNIQUE
[0005] Une machine électrique comprend généralement un stator et un rotor. Le rotor porte une série de grands aimants permanents, tandis qu'une série de bobines est portée par le stator. Quand les bobines sont alimentées par un courant électrique, le rotor, qui est solidarisé à l'arbre de sortie de la machine électrique, est soumis à un couple résultant du champ magnétique.
[0006] On connait du document « Novel Multi-layer Design and Additive Manufacturing Fabrication of a High Power Density and Efficiency Interior PM Motor, 2020 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2020, pp. 3601 - 3606, M. Ibrahim, F. Bernier and J. -M. Lamarre » des rotors dans lequel les aimants permanents sont formés par projection dynamique à froid, procédé plus connu sous le nom anglais de « cold spraying ». La projection étant réalisée « à froid », typiquement entre 100 °C et 200 °C, elle ne déforme pas le corps du rotor. Elle permet aussi de fixer directement les grands aimants permanents sur le corps du rotor et dispense ainsi de recourir à une étape supplémentaire de fixation des aimants. Enfin, du fait de leur formation par projection à froid sur le corps du rotor, les aimants sont solidement fixés sur ce dernier.
[0007] Toutefois, ces grands aimants permanents sont sujets à des pertes énergétiques dues aux courants de Foucault les parcourant lorsque la machine électrique est en fonctionnement, ce qui limite les performances de la machine électrique.
PRESENTATION DE L'INVENTION [0008] Afin de remédier à l’inconvénient précité de l’état de la technique, la présente invention propose de segmenter ces grands aimants permanents en une pluralité d’aimants unitaires tout en les formant par dépôt d’une matière magnétique. De préférence, ladite matière est aussi métallique.
[0009] Plus particulièrement, on propose selon l’invention un procédé de fabrication d’un rotor pour machine électrique comprenant un corps et au moins un aimant qui est porté par le corps et qui comprend au moins un premier aimant unitaire et au moins un second aimant unitaire, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
- formation du premier aimant unitaire par dépôt d’une matière magnétique sur un support distinct du corps ;
- fixation du support au corps.
[0010] Ainsi, grâce à l’invention, l’aimant est divisé en plusieurs aimants unitaires. Les aimants unitaires constituent alors des portions de l’aimant qui sont davantage isolées électriquement les unes des autres que leur équivalent sous forme d’un seul aimant monobloc. Cela permet de réduire les courants de Foucault au sein de l’aimant et donc de réduire les pertes énergétiques. Les performances de la machine électrique sont ainsi augmentées par rapport à l’utilisation des grands aimants permanents monoblocs de l’art antérieur.
[0011 ] Selon l’invention, le dépôt d’une matière magnétique, préférablement aussi métallique, est un procédé de fabrication additive, c’est-à-dire par ajout de matière, tel que la projection à froid d’une matière magnétique, i.e. par projection dynamique à froid, ou l’impression magnétique, plus connue sous le nom d’impression 3D.
[0012] De manière contre-intuitive, l’invention propose donc de réaliser des aimants unitaires par dépôt d’une matière magnétique sur un support distinct du corps du rotor. En effet, bien que les aimants ne soient pas formés directement sur le corps et que leur fixation soit ainsi moins résistante aux contraintes mécaniques et plus complexe que dans l’art antérieur, cela permet de diviser l’aimant en aimants unitaires et de réduire les courants de Foucault.
[0013] En d’autres termes, l’augmentation des performances énergétiques du rotor fabriqué selon le procédé conforme à l’invention est bien privilégiée.
[0014] D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du procédé de fabrication d’un rotor pour machine électrique conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :
- le premier aimant unitaire est formé par projection à froid d’une matière magnétique ;
- l’étape de fixation comprend le positionnement d’une face du premier aimant unitaire en regard et à une distance inférieure à 1 mm d’une face du second aimant unitaire ;
- le procédé comprend une étape de formation du second aimant unitaire par dépôt d’une matière magnétique sur le corps ;
- le corps comprend un empilement de tôles métalliques et dans lequel le second aimant unitaire est formé par dépôt d’une matière magnétique sur au moins deux desdites tôles métalliques ;
- ledit au moins un second aimant unitaire présente une forme complémentaire de celle dudit au moins un premier aimant unitaire et l’étape de fixation comprend l’emboitement dudit au moins un premier aimant unitaire avec ledit au moins un second aimant unitaire ;
- le support est réalisé dans un matériau magnétiquement conducteur et, à l’étape de fixation du support, il est prévu de positionner le support en périphérie du rotor ;
- le premier aimant unitaire est formé sur une surface interne du support et il est prévu une étape de formation du second aimant unitaire par dépôt d’une matière magnétique sur une surface externe du support opposée à la surface interne ;
- ledit support est réalisé dans un matériau électriquement isolant ;
- le corps comprend au moins un logement et, à l’étape de fixation du support, il est prévu de d’insérer le support dans ledit logement.
[0015] L’invention propose également un rotor pour machine électrique comprenant :
- un corps ;
- au moins un aimant qui est porté par le corps ; et
- un support distinct du corps et rapporté sur le corps ; ledit aimant comprenant au moins :
- un premier aimant unitaire qui formé par dépôt d’une matière magnétique sur le support ; et un second aimant unitaire.
[0016] Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
[0017] La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée.
[0018] Sur les dessins annexés :
[0019] Figure 1 est une vue schématique en coupe d’un rotor conforme à un premier mode de réalisation, obtenu au moyen d’un procédé de fabrication conforme à l’invention ;
[0020] Figure 2 est une vue schématique en coupe d’une partie du rotor de la figure 1 avant la fixation de supports sur le corps du rotor ;
[0021 ] Figure 3 est une vue schématique en perspective d’une partie du rotor de la figure 1 avant la fixation de supports sur le corps du rotor ;
[0022] Figure 4 est une vue schématique en perspective d’un exemple d’aimants unitaires mis en œuvre dans une première variante du premier mode réalisation du rotor ;
[0023] Figure 5 est une vue schématique en perspective d’une autre variante de réalisation d’aimants unitaires mis en œuvre dans le premier mode réalisation ;
[0024] Figure 6 est une vue est schématique en coupe d’une partie d’un autre exemple de rotor conforme au premier mode de réalisation, obtenu au moyen d’un procédé de fabrication conforme à l’invention ;
[0025] Figure 7 est une vue schématique en perspective d’un support sur lequel sont déposés des aimants unitaires pour la fabrication d’un rotor conforme à un second mode de réalisation, obtenu au moyen d’un procédé de fabrication conforme à l’invention ;
[0026] Figure 8 est une vue schématique en coupe d’une partie d’un rotor conforme au second mode de réalisation et comprenant le support et les aimants unitaires de la figure 7 ;
[0027] Figure 9 est une vue est une vue schématique en perspective d’une autre variante de réalisation du support pour la fabrication d’un rotor conforme au second mode de réalisation ;
[0028] Figure 10 est une vue schématique en coupe d’une partie d’un autre exemple de rotor conforme au second mode de réalisation et comprenant le support de la figure 9.
[0029] En préliminaire on notera que les éléments identiques ou similaires des différents modes de réalisation de l’invention représentés sur les figures seront, dans la mesure du possible, référencés par les mêmes signes de référence et ils ne seront pas décrits à chaque fois.
[0030] Sur la figure 1 , on a représenté un rotor 1 pour machine électrique obtenu au moyen d’un procédé de fabrication conforme à l’invention.
[0031 ] Ce rotor 1 est ici prévu pour faire partie d’une machine électrique à flux radial, cette machine étant en l’espère un moteur pour propulser un véhicule électrique ou hybride. Une telle machine comprend un rotor et un stator. L’invention est particulièrement adaptée à la fabrication d’une machine électrique présentant une plage étendue de valeurs de vitesses de rotation.
[0032] Comme le montre la figure 1 , le rotor 1 comprend un corps 10, dont la forme est globalement tubulaire autour d’un axe de rotation A1 , et des aimants permanents, appelés par la suite aimants 20. Le corps 10 est ici réalisé dans un matériau ferromagnétique tel que de l’acier électrique.
[0033] De son côté, le stator (non représenté) présente aussi une forme tubulaire et entoure le rotor 1 . En pratique, le stator et le rotor 1 sont co-axialement alignés autour de l’axe de rotation A1 . Sur sa face intérieure orientée vers le rotor 1 , le stator comprend des dents autours desquelles sont enroulées des bobines de fil électriquement conducteur. A tire indicatif, le stator est également compatible avec un bobinage épingle (« hairpin winding » en langue anglaise). Lorsque ces bobinages sont alimentés en courant électrique, ils génèrent un champ magnétique tournant entraînant notamment les aimants permanents, ce qui permet mettre en mouvement le rotor 1 .
[0034] L’invention porte plus précisément sur le rotor 1 .
[0035] Comme cela apparait sur la figure 3, le corps 10 du rotor 1 est formé par un empilement de tôles métalliques 15, par exemple de l’acier électrique, s’étendant perpendiculairement à l’axe de rotation A1. Ainsi, par exemple, la section du corps 1 représentée sur la figure 1 comprend une seule tôle métallique 15. En variante, le corps peut être réalisé par compactage d’une poudre magnétique.
[0036] Le rotor 1 comprend aussi une pluralité de supports 30. Le rotor 1 comprend plus spécifiquement un support 30 pour chaque aimant 20, c’est-à-dire ici seize supports 30 et aimants 20. Chaque support 30 est une pièce distincte du corps 10 dans le sens où le matériau formant le corps 10, c’est-à-dire ici les tôles métalliques 15, ne forme pas les supports 30. Comme expliqué par la suite, cela se traduit ici par le fait que les supports 30 sont fabriqués séparément du corps 10 puis rapportés sur ce dernier.
[0037] Comme le montre la figure 1 , chaque aimant 20 comprend une pluralité d’aimants unitaires, c’est-à-dire au moins deux aimants unitaires. Dans l’exemple illustré sur la figure 1 , chaque aimant 20 comprend sept aimants unitaires. Chaque aimant unitaire est monobloc. On entend ici par « unitaires » que les aimants unitaires sont les plus petits éléments magnétiques monoblocs constitutifs des aimants 20.
[0038] Les aimants unitaires formant un même aimant 20 sont agencés côte-à- côte. Deux aimants unitaires formant un même aimant 20 agencés côte-à-côte sont adjacents dans le sens où ils sont situés à une très faible distance, par rapport à leur taille respective, l’un de l’autre. Typiquement, deux aimants unitaires adjacents sont situés à moins de 1 mm l’un de l’autre.
[0039] Comme le montre la figure 1 , chaque aimant 20 comprend plus spécifiquement des premiers aimants unitaires 21 et des seconds aimants unitaires 22. Comme cela apparait sur la figure 2, les premiers aimants unitaires 21 sont séparés les uns des autres. Il en est de même pour les seconds aimants unitaires 22. Cela permet de réduire davantage les courants de Foucault au sein de l’aimant 20.
[0040] Le rotor 1 est fabriqué selon un procédé comprenant les étapes principales suivantes :
- formation des premiers aimants unitaires 21 par dépôt d’une matière magnétique sur les supports 30 ;
- fixation des supports 30 par rapport au corps 10 ou sur le corps 10.
[0041 ] On entend ici par « formation » un processus par lequel un objet, notamment ici les premiers aimants unitaires 21 , acquière sa forme. Ainsi, ici, le dépôt de la matière magnétique donne leur forme aux premiers aimants unitaires 21 et cela directement sur les supports 30.
[0042] De préférence, la matière magnétique est aussi métallique. Ce procédé comprend plus particulièrement une première étape de fourniture ou de fabrication du corps 10. Ici, la première étape comprend la découpe des tôles métalliques 15 à la forme souhaitée, par exemple la forme représentée en figure 1 , et l’empilement et la fixation des tôles métalliques pour former le corps 10.
[0043] Le procédé comprend ensuite une seconde étape de fourniture ou de fabrication des supports 30.
[0044] Une troisième étape du procédé comprend la formation des premiers aimants unitaires 21 sur les supports 30.
[0045] Au cours de la troisième étape, les premiers aimants unitaires 21 sont formés par dépôt d’une matière magnétique, de préférence aussi métallique. On entend ici par matière « magnétique » une matière qu’il est possible de magnétiser pour qu’elle génère un champ magnétique permanent ou bien une matière qui présente déjà un champ magnétique permanent, des exemples sont donnés ci- après. Les premiers aimants unitaires 21 sont ainsi formés par fabrication additive, par opposition à une fabrication soustractive (telle que l’usinage). Ici, les premiers aimants unitaires 21 sont plus particulièrement formés par projection dynamique à froid d’une matière magnétique, appelée par la suite « projection à froid ». La projection à froid est un procédé plus connu sous le nom anglais de « cold spray ». Elle consiste à projeter une poudre magnétique, de préférence aussi métallique, à une vitesse supersonique via un gaz amené sous pression et chauffé. Les premiers aimants unitaires 25 sont ainsi, par construction, solidement fixés aux supports 30. [0046] La poudre magnétique projetée est par exemple un mélange de deux poudres : une première poudre magnétique ayant une rémanence supérieure à 700 mT qui peut être un alliage comprenant du néodyme, du praséodyme, du fer ou du bore, et une deuxième poudre magnétique par exemple d’aluminium ou de cuivre. Pour la deuxième poudre, l’utilisation de poudres d’alliages d’aluminium, ou d’alliages de cuivre, d’alliages ferreux ou de poudres polymères est également possible. Le ratio de mélange entre la première poudre et la deuxième poudre est par exemple compris entre 1 :2 et 9:10. La granulométrie des première et deuxième poudres est de préférence comprise entre 5 pm et 40 pm pour permettre une projection efficace.
[0047] Une quatrième étape du procédé comprend la formation des seconds aimants unitaires 22. Les seconds aimants unitaires 22 peuvent être formés sur le corps 10 (premier mode illustré sur la figure 1 ) ou sur les supports 30 (second mode illustré sur la figure 7).
[0048] Au cours de cette quatrième étape, les seconds aimants unitaires 22 sont également formés par dépôt d’une matière magnétique et plus particulièrement par projection à froid.
[0049] En variante, les aimants unitaires peuvent être formés par d’autres procédés de fabrication additive tels que l’impression 3D de matière magnétique, par exemple en déposant une poudre magnétique et en la faisant fondre localement au moyen d’un faisceau laser.
[0050] Le procédé comprend enfin une cinquième étape de fixation des supports 30 par rapport au corps 10. La cinquième étape permet de fixer la position des supports 30 et des aimants 20 par rapport au corps 10 conformément à leur position finale dans la machine électrique.
[0051 ] Le premier mode de réalisation du procédé de fabrication du rotor 1 selon l’invention est représenté sur les figures 1 à 6.
[0052] Ce premier mode de réalisation se caractérise par le fait que, lors de la quatrième étape, les seconds aimants unitaires 22 sont formés directement sur le corps 10. Cela signifie ici que les seconds aimants unitaires 22 sont déposés par projection à froid sur les tôles métalliques 15 du corps 10. Les seconds aimants unitaires 22 sont ainsi solidement fixés au corps 10.
[0053] De façon remarquable les seconds aimants unitaires 22 s’étendent chacun sur au moins deux tôles métalliques 15 du corps 10, ce qui améliore la cohésion des tôles métalliques 15. De préférence, comme schématisé sur la figure 3, les seconds aimants unitaires 22 s’étendent sur un grand nombre de tôles métalliques 15, par exemple sur 10 à 100 tôles métalliques 15.
[0054] Dans ce premier mode de réalisation, les supports 30 sont de préférence eux aussi formés par un empilement, selon l’axe de rotation A1 , de tôles métalliques qui sont par exemple réalisées dans le même matériau que celui du corps 10. Pour chaque support 30, les premiers aimants unitaires s’étendent alors sur plusieurs tôles métalliques, ce qui améliore leur cohésion.
[0055] Ainsi, les supports 30 sont réalisés dans un matériau électriquement conducteur et, comme le montre la figure 1 , ils sont positionnés en périphérique du rotor 1 . Les supports 30 participent ainsi à la conduction et à la canalisation des flux magnétiques dans le rotor 1 .
[0056] Plus précisément, les supports 30 sont répartis, ici régulièrement, de façon circonférentielle tout autour du corps 10 et à distance les uns des autres.
[0057] Comme le montre la figure 3, les premiers aimants unitaires 21 s’élèvent à partir d’une surface interne 31 du support 10, la surface interne 31 étant destinée à être orientée vers le corps 10 du rotor 1 .
[0058] Les seconds aimants unitaires 22 s’élèvent à partir d’une surface périphérique 11 du corps 10. Chaque surface périphérique 11 du corps 10 est destinée à être située en vis-à-vis d’un des supports 30.
[0059] Dans ce premier mode de réalisation, pour chaque aimant 20, les seconds aimant unitaires 22 présentent plus spécifiquement une forme complémentaire de celle des premiers aimants unitaires 21 de manière à s’emboiter tel qu’illustré sur la figure 1 . Ainsi, les premiers aimants unitaires 21 forment des reliefs sur les surfaces internes 31 et les seconds aimants unitaires 22 forment des reliefs, de forme complémentaire à celle des reliefs formés par les premiers aimants unitaires 21 , sur les surfaces périphériques 11 .
[0060] De préférence, pour chaque aimant 20, les premiers aimants unitaires 21 et les seconds aimants unitaires 22 sont plus spécifiquement conçus pour former un emboitement serré, c’est-à-dire avec très peu d’espace libre entre eux, ce qui permet de maximiser le volume de matériau magnétique. Comme détaillé ultérieurement, cet espace libre est avantageusement rempli par un matériau électriquement isolant.
[0061 ] En variante, les premiers et seconds aimants unitaires peuvent s’emboiter de façon à former des canaux qui peuvent être utilisés pour refroidir le rotor.
[0062] Pour réaliser cet emboitement serré, les premiers aimants unitaires 21 et les seconds aimants unitaires 22 présentent ici des formes semblables, comme c’est le cas dans les exemples illustrés sur les figures 3 à 5. De plus, les premiers aimants unitaires 21 sont régulièrement espacés sur les faces internes 31 et les seconds aimants unitaires 22 sont régulièrement espacés de façon similaire, i.e. avec le même espacement, sur les faces périphériques 11. On notera que les aimants unitaires 21 , 22 positionnés en bordure des aimants 20 qui peuvent par exception présenter des formes différentes. Comme représenté sur les figures 2 et 3, les premiers aimants unitaires 21 et les seconds aimants unitaires 22 s’emboitent alors en les décalant d’un demi-espacement.
[0063] Dans l’exemple illustré en figure 3, chaque aimant unitaire 21 , 22 forme une nervure rectiligne s’étendant parallèlement à l’axe de rotation A1 . Ceci assure un maintien efficace des tôles métalliques. La section d’un aimant unitaire 21 , 22 dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation A1 est globalement triangulaire. Cette section présente plus spécifiquement une forme de trapèze isocèle. Le sommet de cette section, i.e. son côté de plus petite longueur, venant en contact avec une surface périphérique 11 du corps 10 ou la surface interne 31 d’un support 30.
[0064] Comme le montrent les figures 2 et 3, les aimants unitaires 21 , 22 présentent deux faces principales 23a, 23b s’élevant à partir du corps 10 ou d’un support 30. Une fois le rotor 1 assemblé, chaque premier aimant unitaire 21 présente alors une de ses faces principales 23a qui s’étend en regard et à une distance inférieure à 1 mm de la face principale 23b d’un second aimant unitaire 22 adjacent. Les faces principales 23a, 23b de deux aimants unitaires 21 , 22 adjacents s’étendent parallèlement l’une à l’autre.
[0065] Les figurent 4 et 5 illustrent d’autres variantes de réalisation des aimants unitaires 21 , 22. Dans l’exemple illustré en figure 4, les aimants unitaires 21 s’étendent en longueur de manière ondulée, voire sinusoïdale. Ceci limite notamment les courants de Foucault qui pourraient circuler entre deux seconds aimants unitaires 22 par l’intermédiaire des tôles métalliques 15. Cela est également valable pour les premiers aimants unitaires 21 vis-à-vis des tôles métalliques formant les supports 30. En variante, les aimants unitaires peuvent s’étendre en dent de scie et présenter des faces planes.
[0066] Dans l’exemple illustré en figure 5, les aimants unitaires 21 , 22 présentent une forme plus complexe de plot à faces planes qui sont reliés les uns aux autres par de fines parois. Cette forme limite davantage les courants de Foucault par rapport aux autres exemples décrits ci-dessus.
[0067] Dans ce premier mode de réalisation, la deuxième étape comprend la fabrication des supports 30 par découpe et empilement de tôles métalliques.
[0068] Lors de la troisième étape, les premiers aimants unitaires 21 sont formés sur les surfaces internes 31 des supports 30. La formation d’aimants unitaires 21 de même forme et régulièrement espacés simplifie le procédé de projection à froid. [0069] Lors de la quatrième étape, les seconds aimants unitaires 22 sont formés sur les surfaces périphériques 11 du corps 10. Le fait que les seconds aimants unitaires 22 présentent une forme semblable aux premiers aimants unitaires 21 simplifie le procédé de projection à froid.
[0070] La cinquième étape comprend l’emboitement des premiers aimants unitaires 21 avec les seconds aimants unitaires 22. La cinquième étape comprend donc le positionnement des faces principales 23a, 23b de deux aimants unitaires 21 , 22 adjacents en regard l'une de l’autre. [0071 ] Dans l’exemple illustré aux figures 1 et 2, les surfaces internes 31 des supports 30 et les surfaces périphériques 11 du corps 10 (sur lesquelles sont formés les aimants unitaires) sont globalement planes. Comme le montrent les flèches sur la figure 2, l’emboitement peut donc être effectué par un mouvement de translation rectiligne des supports 30 selon des directions radiales, i.e. perpendiculairement à l’axe de rotation A1 . Une grande variété de forme est alors possible pour les aimants unitaires 21 , 21 , comme présenté aux figures 3 à 5. L’emboitement peut aussi comprendre un mouvement de rotation tel que schématisé par une flèche sur la figure 3.
[0072] Dans l’exemple illustré en figure 6, la surface interne 31 de chaque support 30 et les surfaces périphériques 11 du corps 10 présentent des formes courbées en V. Les supports 30 présentent ainsi une section globalement triangulaire dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation A1 (correspondant au plan de la figure 6). Il est alors prévu que les aimants unitaires 21 , 22 s’étendent aussi en longueur selon l’axe de rotation A1 et de façon rectiligne (comme sur la figure 3). Le positionnement des supports 30 comprend alors un mouvement de translation selon l’axe de rotation A1 par rapport au corps 10 du rotor 1 . Dans cette configuration, les seconds aimant unitaires 22 bloquent radialement les premiers aimants unitaires 21 et constituent donc des moyens, pour les supports 30, de résister aux contraintes radiales (typiquement aux forces centrifuges) lorsque le rotor 1 est en rotation. Le rotor 1 selon l’exemple illustré en figure 6 est donc particulièrement résistant aux contraintes mécaniques.
[0073] On introduit ici, en référence à la figure 2, un élément intermédiaire de la fabrication du rotor 1 selon le premier mode de réalisation : l’ensemble « seconds aimants unitaires - support » constitué d’un support et des seconds aimants unitaires qui sont déposés sur ce dernier à la quatrième étape.
[0074] La cinquième étape comprend ensuite la fixation des ensembles seconds aimants unitaires - support au corps 10. Dans ce mode premier mode de réalisation, les supports 30 sont ainsi fixés par rapport aux corps 10 par l’intermédiaires des aimants unitaires 21 , 22.
[0075] Ici, les ensembles seconds aimants unitaires - support sont collés au corps 10. Pour cela la cinquième étape comprend le dépôt d’une colle sur les premiers aimants unitaires 21 et/ou les seconds aimants unitaires 22 avant leur emboitement. La colle est par exemple déposée sur les faces principales 23a, 23b des aimants unitaires 21 , 22. La colle est par exemple une résine époxy, une colle bi-composant ou une colle thermodurcissable. La colle est de préférence électriquement isolante. [0076] En variante, les ensembles seconds aimants unitaires - support peuvent être fixés au corps par une bande adhésive, des vis ou encore des moyens de fixation externes tels que des frettes entourant les supports de façon circonférentielle. Dans cette variante, un isolant électrique est placé entre les premières et secondes aimants unitaires.
[0077] Ainsi, avantageusement, dans ce premier mode de réalisation, les aimants unitaires 21 , 22 de chaque aimant 20 sont donc séparés les uns des autres par une couche de matériau électriquement isolant, ici une couche de colle. Cette couche de matériau isolant permet de réduire encore plus les courants de Foucault par rapport à des aimants unitaires qui seraient en contact.
[0078] Avantageusement, l’emboitent des premiers aimants unitaires 21 avec les seconds aimants unitaires 22 offre des surfaces de collage importantes ce qui permet de solidement fixer les supports 30 au corps 10. Les aimants unitaires 21 , 22 en forme de plot tels qu’illustrés sur la figure 5 offrent une surface de collage plus importante que des aimants unitaires 21 , 22 rectilignes. Grâce à cette surface de collage importante, le rotor 1 selon le premier mode de réalisation est très résistant aux contraintes mécaniques, notamment aux contraintes radiales.
[0079] Un second mode de réalisation du procédé de fabrication du rotor 1 selon l’invention est représenté sur les figures 7 à 10.
[0080] Ce second mode de réalisation se caractérise par le fait que, lors de la quatrième étape, les seconds aimants unitaires 22 sont aussi formés sur les supports 30. Cela signifie que les aimants 20 sont intégralement formés sur les supports 30 puis rapportés sur le corps 10. Comme le montrent les figures 8 et 10, le corps 10 comprend ici des logements 12 dans lesquelles il est prévu d’insérer les aimant 20.
[0081 ] Comme le montre bien la figure 7, chaque support 30 présente une forme de feuille de faible épaisseur. L’épaisseur des supports 30 est de préférence inférieure à 1 mm, elle est par exemple égale à 0,2 mm. Les supports 30 présentent ainsi deux surfaces opposées : l’une est la surface interne 31 , l’autre est appelée surface externe 32.
[0082] On introduit ici, en référence à la figure 7, un élément intermédiaire de la fabrication du rotor 1 selon le second mode de réalisation : l’ensemble « aimant - support » constitué d’un support et seconds aimants unitaires qui sont déposés sur ce dernier à la troisième étape et à la quatrième étape.
[0083] Dans ce second mode de réalisation, les seconds aimants unitaires 22 sont formés sur la surface externe 32 des supports 30. Les premiers aimants unitaires
21 sont quant à eux formés sur la surface interne 31 des supports 30.
[0084] De préférence, les supports 30 sont réalisés dans un matériau électriquement isolant, c’est-à-dire qui ne conduit pas ou très faiblement les courants électriques. Les supports 30 sont par exemple réalisés en céramique, par exemple une céramique comprenant de l’oxyde d’aluminium, en verre, en pierre ou en béton.
[0085] Ainsi, les premiers aimants unitaires 21 sont particulièrement bien isolés électriquement des seconds aimants unitaires 22, ce qui permet de réduire efficacement les courants de Foucault au sein des aimants 20, davantage que dans le premier mode de réalisation.
[0086] Un exemple de rotor 1 selon le second mode de réalisation est illustré aux figures 7 et 8. Comme le montre bien la figure 7, dans cet exemple, chaque support 30 est une plaque. Pour simplifier la lecture de la figure 7, le support 30 est représenté en transparence.
[0087] Dans cet exemple, sur chaque support 30, les aimant unitaires 21 , 22 forment des reliefs séparés les uns des autres et s’élevant à partir de chacune des surfaces opposées du support 30. Les aimants unitaires 21 , 22 forment plus particulièrement des nervures rectilignes s’étendant parallèlement à l’axe de rotation A1 , ce qui permet par la suite l’insertion de l’ensemble aimant - support dans un logement 12 selon l’axe de rotation A1. La section d’un aimant unitaire 21 dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation A1 présente ici une forme de trapèze isocèle, à l’exception de ses extrémités qui sont arrondies.
[0088] Dans cet exemple, sur chaque support 30, la base 24a, 24b des aimants unitaires 21 , 22, c’est-à-dire leur surface de contact avec le support 30, s’étend en regard et à une distance inférieure à 1 mm d’une ou de deux autres bases 24a, 24b. [0089] Lorsque les supports 30 sont plans, et donc que les aimants unitaires 21 ,
22 forment des reliefs, il est prévu que les logements 12 présentent aussi des reliefs de forme complémentaire à celle des aimants unitaires 21 , 22. Ainsi, par exemple, le logement 12 illustré en figure 8 présente une section dans un plan perpendiculaire à la l’axe de rotation A1 dont la forme est ondulée. De préférence, l’ensemble aimant - support est inséré dans son logement 12 au jeu près, comme illustré sur la figure 8.
[0090] Un autre exemple de rotor 1 selon le second mode de réalisation est illustré aux figures 9 et 10. Comme le montre bien la figure 9 (où seul le support 30 est représenté), dans cet exemple, chaque support 30 est une plaque présentant des reliefs de remplissage 33. Les reliefs de remplissage 33 forment des renfoncements dans chacune des surfaces opposées du support 30. Ici, les reliefs de remplissage 33 d’une même surface du support 30 sont identiques et régulièrement espacés. Ils forment ici une alternance de creux et de bosses.
[0091 ] Comme le montre la figure 10, sur chaque support 30, les aimants unitaires 21 , 22 sont formés dans les reliefs de remplissage 33. Les aimants 20 sont ainsi similaires à ceux du premier mode de réalisation illustrés en figure 1. Chaque premier aimant unitaire 21 présente donc une de ses faces principales 23a qui s’étend en regard et à une distance inférieure à 1 mm de la face principale 23b d’un aimant unitaire 21 adjacent. Toutefois, dans ce second mode de réalisation, le matériau isolant séparant les aimants unitaires 21 d’un même aimant 20 est le support 30 lui-même (et non la couche de colle).
[0092] Les reliefs de remplissage 33 peuvent présenter d’autres formes, par exemple des formes adaptées pour fabriquer les aimants unitaires 21 , 22 tels que représentés sur les figures 4 ou 5.
[0093] Dans tous ces exemples où les supports 30 présentent des reliefs de remplissage 33, les ensembles aimant - support et les logements 12 présentent préférentiellement deux faces principales 35 planes telles que représentées sur la figure 10.
[0094] Dans ce second mode de réalisation, la première étape du procédé de fabrication du rotor 1 comprend aussi la fabrication du corps 10 par découpe et empilement de tôles métalliques 15. Les tôles métalliques 15 sont découpées de façon à former les logements 12. Ici, les tôles sont découpées et placées les unes par rapport aux autres de façon identique. Les logements 12 forment ainsi des canaux de section uniforme s’étendant selon l’axe de rotation A1 .
[0095] La deuxième étape comprend la fourniture ou la fabrication des supports 30.
[0096] Dans ce second mode de réalisation, lors de la troisième étape, les premiers aimants unitaires 21 sont formés sur les surfaces internes 31 des supports 30. Les premiers aimants unitaires 21 peuvent être formés en s’élevant à partir des surfaces internes 31 planes, comme sur les figures 7 et 8, ou par remplissage des reliefs de remplissage 33, comme sur les figures 9 et 10.
[0097] De la même manière, lors de la quatrième étape, les seconds aimant unitaires 22 sont formés sur les surfaces externes 32 des supports 30. Les seconds aimants unitaires 21 peuvent être formés en s’élevant à partir des surfaces externes 32 planes, comme sur les figures 7 et 8, ou par remplissage des reliefs de remplissage 33, comme sur les figures 9 et 10.
[0098] On notera ici que la notion de positionnement revient à former les seconds aimants unitaires 22. La quatrième étape comprend ainsi, pour chaque premier aimant unitaire 21 , le positionnement d’une face d’un second aimant unitaire 22 en regard d’une des faces du premier aimant unitaire 21 . Les faces en regards de deux aimants unitaires adjacents 21 , 22 pouvant être les faces principales 23a, 23b (figures 9 et 10) ou les bases 24a, 24b (figures 7 et 8).
[0099] La cinquième étape comprend le positionnement, ici par insertion, des ensembles aimant - support dans les logements 12.
[0100] De préférence, avant l’insertion, de la colle est disposée sur les ensembles aimant - support. Ainsi, une fois insérés et une fois que la colle est solidifiée, les ensembles aimant - support sont fixés dans les logements 12. Dans ce second mode de réalisation, les supports 30 est ainsi fixés par rapport au corps 10 par l’intermédiaire des aimants unitaires 21 , 22.
[0101 ] En variante, on peut prévoir de fixer les ensemble aimant - support par d’autres moyens tels qu’une insertion en force, des vis ou des pièces de maintien obstruant les logements.
[0102] La présente invention n’est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l’homme du métier saura y apporter toute variante conforme à l’invention.
[0103] Ainsi, les deux modes de réalisation présentés sont combinables. Il est par exemple possible de mettre en œuvre une plaque de céramique sur laquelle les aimants unitaires sont déposés sur une surface, puis de venir coller la surface opposée de la plaque sur le corps et sur des aimants unitaires qui ont été déposés sur le corps.
[0104] Les aimants unitaires peuvent aussi s’étendre selon d’autres directions que celle de l’axe de rotation, par exemple selon des directions orthoradiales, i.e. orthogonales à l’axe de rotation et à une direction radiale.
[0105] Il est aussi possible de prévoir que le rotor comprenne plusieurs couches d’aimants fabriqués selon l’invention empilées radialement. Cela permet notamment de réaliser un moteur synchrone à reluctance assisté par aimants permanents. Un tel rotor peut par exemple être fabriqué en imbriquant plusieurs supports en forme de V, adapté de celui représenté sur la figure 6, les uns dans les autres.
Enfin, bien que les figures illustrent uniquement l’invention dans le cadre d’un rotor pour machine électrique à flux radial, l’invention dans sa formulation la plus générale est tout à fait adaptée à la fabrication d’un rotor pour machine électrique à flux axial.

Claims

REVENDICATIONS
[Revendication 1 ] Procédé de fabrication d’un rotor (1 ) pour machine électrique comprenant un corps (10) et au moins un aimant (20) qui est porté par le corps (10) et qui comprend au moins un premier aimant unitaire (21 ) et au moins un second aimant unitaire (22), ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
- formation du premier aimant unitaire (21 ) par dépôt d’une matière magnétique sur un support (30) distinct du corps (10) ;
- fixation du support (30) au corps (10).
[Revendication 2] Procédé de fabrication d’un rotor (1 ) selon la revendication 1 , dans lequel le premier aimant unitaire (21 ) est formé par projection à froid d’une matière magnétique.
[Revendication 3] Procédé de fabrication d’un rotor (1 ) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’étape de fixation comprend le positionnement d’une face (23a ; 24a) du premier aimant unitaire (21 ) en regard et à une distance inférieure à 1 mm d’une face (23b ; 24b) du second aimant unitaire (22).
[Revendication 4] Procédé de fabrication d’un rotor (1 ) selon l’une des revendications 1 à 3, comprenant une étape de formation du second aimant unitaire (22) par dépôt d’une matière magnétique sur le corps (10).
[Revendication 5] Procédé de fabrication d’un rotor (1 ) selon la revendication 4, dans lequel le corps (10) comprend un empilement de tôles métalliques (15) et dans lequel le second aimant unitaire (22) est formé par dépôt d’une matière magnétique sur au moins deux desdites tôles métalliques (15).
[Revendication 6] Procédé de fabrication d’un rotor (1 ) selon la revendication 4 ou 5, dans lequel ledit au moins un second aimant unitaire (22) présente une forme complémentaire de celle dudit au moins un premier aimant unitaire (21 ) et dans lequel l’étape de fixation comprend l’emboitement dudit au moins un premier aimant unitaire (21 ) avec ledit au moins un second aimant unitaire (22).
[Revendication 7] Procédé de fabrication d’un rotor (1 ) selon l’une des revendications 4 à 6, dans lequel le support (30) est réalisé dans un matériau magnétiquement conducteur et dans lequel, à l’étape de fixation du support (30), il est prévu de positionner le support (30) en périphérie du rotor (1 ).
[Revendication 8] Procédé de fabrication d’un rotor (1 ) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le premier aimant unitaire (21 ) est formé sur une surface interne (31 ) du support (30) et dans lequel il est prévu une étape de formation du second aimant unitaire (22) par dépôt d’une matière magnétique sur une surface externe (32) du support (30) opposée à la surface interne (31 ).
[Revendication 9] Procédé de fabrication d’un rotor (1 ) selon la revendication 8, dans lequel ledit support (30) est réalisé dans un matériau électriquement isolant.
[Revendication 10] Procédé de fabrication d’un rotor (1 ) selon la revendication 8 ou 9, dans lequel le corps (10) comprend au moins un logement (12) et dans lequel, à l’étape de fixation du support (30), il est prévu de d’insérer le support (30) dans ledit logement (12).
[Revendication 11 ] Rotor (1 ) pour machine électrique comprenant :
- un corps (10) ;
- au moins un aimant qui est porté par le corps (10) ; et
- un support (30) distinct du corps (10) et rapporté sur le corps (10) ; caractérisé en ce que ledit aimant comprend au moins :
- un premier aimant unitaire (21 ) qui formé par dépôt d’une matière magnétique sur le support (30) ; et
- un second aimant unitaire (22).
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN120222728B (zh) * 2025-05-28 2026-02-03 陕西奥邦重工集团有限公司 一种电机转子及其加工方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6592935B2 (en) * 2001-05-30 2003-07-15 Ford Motor Company Method of manufacturing electromagnetic devices using kinetic spray
US7244512B2 (en) * 2001-05-30 2007-07-17 Ford Global Technologies, Llc Method of manufacturing electromagnetic devices using kinetic spray
CN109983651A (zh) * 2016-11-30 2019-07-05 爱信艾达株式会社 永久磁铁
FR3064423B1 (fr) * 2017-03-22 2019-11-15 Whylot Sas Rotor pour moteur ou generatrice electromagnetique a structure alveolaire comportant des alveoles pour le logement d'aimants respectifs
US10763715B2 (en) * 2017-12-27 2020-09-01 Rolls Royce North American Technologies, Inc. Nano-crystalline coating for magnet retention in a rotor assembly
FR3077414B1 (fr) * 2018-01-26 2022-03-11 Whylot Sas Aimant unitaire a configuration ovoide et structure d'aimant a plusieurs aimants unitaires
JP7326792B2 (ja) * 2019-03-19 2023-08-16 株式会社デンソー 回転電機、及び回転子の製造方法
JP7483863B2 (ja) * 2019-08-22 2024-05-15 ナショナル リサーチ カウンシル オブ カナダ 付加製造を使用する同期リラクタンス機械の製作
FR3113209B1 (fr) * 2020-07-29 2022-08-12 Renault Sas Procédé d’assemblage d’un élément à pôle magnétique pour un rotor pour machine électrique à flux axial
JP2024518964A (ja) * 2021-05-20 2024-05-08 ナショナル リサーチ カウンシル オブ カナダ 組み込まれた相変化材料を含む永久磁石

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