EP4646778A1 - Montage réversible d'aimant permanent dans une machine électrique - Google Patents

Montage réversible d'aimant permanent dans une machine électrique

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Publication number
EP4646778A1
EP4646778A1 EP24706758.0A EP24706758A EP4646778A1 EP 4646778 A1 EP4646778 A1 EP 4646778A1 EP 24706758 A EP24706758 A EP 24706758A EP 4646778 A1 EP4646778 A1 EP 4646778A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
permanent magnet
axis
rotation
magnetic circuit
cavity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24706758.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Gérard DELETTE
Hugo DAYDE
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.)
Commissariat à l'Énergie Atomique et Aux Énergies Alternatives
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat à l'Énergie Atomique et Aux Énergies Alternatives
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 Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat à l'Énergie Atomique et Aux Énergies Alternatives filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP4646778A1 publication Critical patent/EP4646778A1/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
    • 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 electrical machines used in very varied fields such as transport, industry, electrical generation, etc. More and more electrical machines with permanent magnets are being implemented. These machines make it possible in particular to avoid the use of wound rotors requiring an electrical connection.
  • Permanent magnets are made of so-called hard ferromagnetic materials, i.e. having a wide hysteresis cycle.
  • iron-nickel-aluminium alloys to which cobalt can be added contributed to the development of permanent magnets.
  • certain rare earths in particular from the lanthanide family such as samarium, cerium and neodymium, have made it possible to significantly increase the demagnetization coercive fields of magnets.
  • NdFeB neodymium-iron-boron
  • Electric traction motors have recently made great progress, particularly in the automobile industry.
  • the surface mounting of the magnets is often replaced by a buried mounting inside packs of sheets forming a magnetic circuit ensuring the guidance of the magnetic flux. generated by the magnets.
  • the approach implemented for computer hard drives is not applicable due to the much greater mass of the order of several kg of NdFeB magnets and due to the fixing of the magnets in the sheet metal packs by an adhesive attachment (using resins) and by a mechanical attachment (pins, punches).
  • the removal of the magnets requires compensating for the adhesion and mechanical retention of the magnets inserted in the sheet metal packs.
  • the magnets must therefore be extracted by mechanical means combined with heat treatments to reduce the adhesion of the resins.
  • the heat treatments are restrictive because they are carried out on entire motors with the aim of degrading the glues used for fixing the magnets and demagnetizing the magnets to reduce the magnetic forces that block the magnets or tend to agglomerate them.
  • it is necessary to implement significant mechanical means such as ejectors driven by a hydraulic press.
  • These mechanical means require significant investments that are difficult to support by recycling channels.
  • this type of investment can only be profitable with standardization in the topology of electrical machines and the establishment of an upstream channel to increase volumes.
  • the invention relates to an electric machine with a permanent magnet rotor, the rotor being able to rotate about an axis of rotation relative to a stator of the electric machine, the rotor comprising a magnetic circuit and at least one permanent magnet, the magnetic circuit being configured to guide the magnetic flux generated by the permanent magnet, the permanent magnet extending along the axis of rotation and having a general radial section shape adapted to generate the magnetic flux, the magnetic circuit comprising a cavity configured to contain the permanent magnet, the cavity being in contact with the permanent magnet, in which the magnetic circuit comprises at least one lumen opening onto the cavity, in the lumen an outer surface of the permanent magnet is at a distance from the magnetic circuit so as to form a barrier to the magnetic flux generated by the permanent magnet, and in which the magnetic circuit comprises, in the lumen, an elastic part coming to bear against the permanent magnet in order to limit the movement of the permanent magnet, in translation parallel to the axis of rotation, relative to the cavity.
  • the limitation of the movement of the permanent magnet, in translation parallel to the axis of rotation, relative to the cavity is achieved by an obstacle.
  • the permanent magnet comprises a recess in which the elastic part comes into abutment to prevent translational movement of the permanent magnet relative to the cavity.
  • the recess has at least one wall extending perpendicular to the axis of rotation, the wall forming a firm stop preventing any movement of the permanent magnet in translation parallel to the axis of rotation.
  • the recess has at least one chamfer allowing the extraction of the permanent magnet from the magnetic circuit by applying a force parallel to the axis of rotation.
  • the limitation of the movement of the permanent magnet, in translation parallel to the axis of rotation, relative to the cavity is achieved by adhesion.
  • the elastic portion is configured to have a curved neutral fiber when subjected to a force during insertion of the permanent magnet into the cavity.
  • the magnetic circuit comprises sheets stacked along the axis of rotation and the elastic part is formed in at least one of the sheets.
  • the elastic part is not formed in all the sheets of the stack.
  • Figure 1 schematically represents in perspective an electric machine according to the invention
  • Figure 2 shows in partial section a rotor of the electric machine of Figure 1;
  • Figure 3 shows a variant of the rotor of the electric machine in partial section in a plane containing its axis of rotation
  • Figure 4 shows another variant of the rotor of the electric machine in partial section in a plane containing its axis of rotation
  • Figure 5 further represents a variant of the rotor of the electric machine in partial section in a plane containing its axis of rotation;
  • Figure 1 shows in perspective an electric machine 10 comprising a stator 12 and a rotor 14 capable of rotating relative to the stator about an axis of rotation 16.
  • the rotor 14 is an internal rotor and the stator 12 is external. It is also possible to implement the invention in an electric machine with an external rotor and an internal stator.
  • the stator 12 comprises a winding that can be supplied with multi-phase current, typically three-phase, and producing a rotating magnetic field at the supply frequency.
  • the rotor 14 comprises one or more permanent magnets producing a rotating magnetic field with the magnetic field of the stator during rotation of the rotor 14 about its axis of rotation 16.
  • the electric machine 10 can operate as a motor by transforming electrical energy into mechanical energy or as a generator by transforming mechanical energy into electrical energy.
  • the electric machine 10 comprises a magnetic circuit 22 in which one or more permanent magnets 20 are arranged distributed radially around the axis 16. In the case of a plurality of permanent magnets 20, these are identical and only one is shown in FIG. 2.
  • the magnetic circuit 22 channels the magnetic field generated by the permanent magnets 20.
  • the section of the permanent magnet 20 is constant over the majority of the length of the rotor 14 defined along the axis of rotation 16.
  • the magnetic circuit 22 comprises a cavity 26 configured to contain the permanent magnet 20.
  • the cavity 26 is in contact with the permanent magnet 20. More precisely, the shape of the cavity 26 is at least partly complementary to the shape of the permanent magnet 20.
  • the section of the cavity perpendicular to the axis 16 is constant over the majority of the length of the magnetic circuit 22, a length defined according to the axis of rotation 16.
  • the magnetic circuit 22 comprises one or more slots opening onto the cavity 26.
  • the magnetic circuit 22 comprises two slots 28 and 30.
  • the outer surface of the permanent magnet 20 is at a distance from the magnetic circuit 22.
  • the slots 28 form a barrier to the magnetic flux generated by the permanent magnet 20.
  • the magnetic flux generated by the permanent magnet 20 tends to mainly bypass the slots to concentrate in the magnetic circuit 22, the permeability of which is much greater than that of the vacuum or air contained in the slots 28 and 30.
  • the general shape of the permanent magnet 20 and that of the magnetic circuit 22 are defined in combination with the stator 12 to optimize the path of the magnetic fluxes in the electric machine.
  • the partly concave shape of the section of the permanent magnet 20 and the possible presence of the lights 28 and 30 are particularly adapted to this optimization.
  • the magnetic circuit 22 comprises in each of the slots 28 and 30 an elastic part, respectively 32 and 34, coming to bear against the permanent magnet 20 in order to limit the movement of the permanent magnet 20, in translation parallel to the axis of rotation 16, relative to the cavity 26.
  • an elastic part respectively 32 and 34
  • the section of the permanent magnet 20 has an axis of symmetry which is a radial axis 36 of the rotor, axis, perpendicular to the axis of rotation 16.
  • the slots 28 and 30 are also symmetrical with respect to the radial axis 36.
  • the two elastic parts limit the radial displacement of the permanent magnet 20 in the two opposite directions by balancing the forces exerted on the permanent magnet 20 by the supports of the two elastic parts. 28 and 32.
  • the permanent magnet 20 is pinched between the two elastic parts 28 and 32.
  • Figure 5 shows another variant of the rotor 14 in partial section in a plane containing the axis of rotation 16. It shows the magnetic circuit 22 shown in Figure 3 equipped with the elastic part 32. Unlike the variants shown in Figures 3 and 4, the face 38 of the permanent magnet 20 arranged opposite the elastic part 32 does not include any recess. The face 38 is parallel to the axis of rotation 16. More precisely, the face 38 can form a curve, visible in Figure 2, in a plane perpendicular to the axis of rotation 16. The face 38 forms a portion of a cylinder resting on the curve and whose generatrices are parallel to the axis of rotation 16.
  • the elastic part 32 rubs against the face 38 throughout its insertion along a generatrix of the face 38 and the limitation of the movement of the permanent magnet 20, in translation parallel to the axis of rotation 16, relative to the cavity 28 is done by adhesion.
  • the force to be exerted on the permanent magnet 20 for its insertion into the cavity 26 is the same, in the same direction or in an opposite direction, as the force necessary for extracting the permanent magnet 20.
  • the permanent magnets 20 can be made by injecting powder into a mold having an imprint of a shape complementary to that of the permanent magnet 20. After molding, the powder is sintered. This type of process has the advantage of allowing the production of precise details, including in particular the groove 38, in the shape of the permanent magnet 20. This manufacturing method also has the advantage of allowing the production of permanent magnets at high production rates. Any other method for producing the permanent magnets 20 can be implemented within the scope of the invention.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

L'invention concerne une machine électrique à rotor à aimants permanents, le rotor comprenant un circuit magnétique (22) et au moins un aimant permanent (20), l'aimant permanent (20) s'étendant selon l'axe de rotation de la machine électrique et présentant une forme générale de section radiale, le circuit magnétique (22) comprenant une cavité (26) configurée pour contenir l'aimant permanent (20), Le circuit magnétique comprend au moins une lumière (28, 30) s'ouvrant sur la cavité (26), dans la lumière (28, 30) une surface extérieure (38, 40) de l'aimant permanent (20) est à distance du circuit magnétique (22) de façon à former une barrière au flux magnétique généré par l'aimant permanent (20). Le circuit magnétique (22) comprend, dans la lumière (28, 30), une partie élastique (32, 34) venant en appui contre l'aimant permanent (20) afin de limiter le déplacement de l'aimant permanent (20), en translation parallèlement à l'axe de rotation.

Description

DESCRIPTION
Titre de l’invention : Montage réversible d’aimant permanent dans une machine électrique
[0001] L’invention concerne les machines électriques utilisées dans des domaines très variés tels que le transport, l’industrie, la génération électrique... De plus en plus de machines électriques à aimants permanents sont mises en œuvre. Ces machines permettent notamment d’éviter le recours aux rotors bobinés nécessitant un raccordement électrique.
[0002] Les aimants permanents sont réalisés en matériaux ferromagnétiques dit durs, c’est-à-dire présentant un cycle d'hystérésis large. Au milieu du XXième siècle des alliages fer-nickel-aluminium auxquels on peut ajouter du cobalt ont contribué à l’essor des aimants permanents. Plus récemment l’utilisation de certaines terres rares, notamment de la famille des lanthanides tels que le samarium, le cérium et le néodyme ont permis d’augmenter nettement les champs coercitifs de désaimantation des aimants. Aujourd’hui, des alliages de néodyme-fer-bore (NdFeB) sont largement mis en œuvre.
[0003] Afin de limiter l’emploi de ressources naturelles, on cherche à recycler au maximum les équipements complexes arrivés en fin de vie. Pour ce faire, il est nécessaire de séparer les différents composants des équipements afin de traiter séparément ces composants, chacun par une filière de recyclage qui lui est propre.
[0004] Le recyclage des disques durs informatiques contenant des aimants de type NdFeB a été très étudié. Une technique de décrépitation sous hydrogène conduisant à la fragmentation des disques durs permet de séparer et récupérer les aimants sous forme de poudre.
[0005] Les moteurs électriques de traction ont récemment beaucoup progressé, notamment dans l’automobile. L’augmentation de la vitesse de rotation des machines électriques utilisées, notamment comme moteurs dans l’automobile, pose des problèmes de maintien mécanique des aimants dans les rotors qui en sont équipés. Pour assurer ce maintien mécanique, le montage des aimants en surface est souvent remplacé par un montage enterré à l’intérieur de paquets de tôles formant un circuit magnétique assurant le guidage du flux magnétique généré par les aimants. Pour le recyclage de ces nouvelles machines électriques de traction, l’approche mise en œuvre pour les disques durs informatique n’est pas applicable du fait de la masse beaucoup plus importante de l’ordre de plusieurs kg d’aimants de type NdFeB et du fait de la fixation des aimants dans les paquets de tôle par une accroche adhésive (à l’aide de résines) et par une accroche mécanique (picots, poinçons). Pour ces moteurs, le retrait des aimants nécessite de compenser l’adhésion et le maintien mécanique des aimants insérés dans les paquets de tôles. Les aimants doivent donc être extraits par des moyens mécaniques combinés à des traitements thermiques permettant de réduire l’accrochage des résines. Les traitements thermiques sont contraignants car réalisés sur des moteurs entiers avec comme objectif de dégrader les colles utilisées pour la fixation des aimants et de démagnétiser les aimants pour réduire les forces magnétiques qui bloquent les aimants ou tendent à les agglomérer. Dans certaines machines électriques où les aimants sont encastrés, lors de la fabrication, au sein des tôles internes des rotors, pour extraire les aimants, il est nécessaire de mettre en œuvre des moyens mécaniques importants tels que des éjecteurs mus par une presse hydraulique. Ces moyens mécaniques nécessitent des investissements importants difficiles à supporter par les filières de recyclage. De plus, ce type investissement ne peut être rentabilisé qu’avec une standardisation dans la topologie des machines électriques et la mise en place d’une filière en amont pour augmenter les volumes.
[0006] Par ailleurs, les efforts mécaniques mis en œuvre peuvent impacter la qualité des aimants récupérés compte tenu de la fragilité des matériaux de ceux-ci.
[0007] Enfin, la présence de résine de collage résiduelle, en surface des aimants après extraction, réduit la valeur des aimants car elle constitue une source de pollution lors des étapes de recyclage des aimants. Une étape de surfaçage des aimants et donc nécessaire à l’issue de l’extraction mais cette opération est compliquée si les aimants sont endommagés ou fragmentés. Pour toutes ces raisons techniques et l’absence de réglementation contraignante, le recyclage des aimants en fin de vie, notamment ceux issus des moteurs à aimants enterrés, n’est pas développé à grande échelle malgré le potentiel en terme de valorisation des matières critiques. [0008] A cet effet, l’invention a pour objet une machine électrique à rotor à aimants permanents, le rotor pouvant tourner autour d'un axe de rotation par rapport à un stator de la machine électrique, le rotor comprenant un circuit magnétique et au moins un aimant permanent, le circuit magnétique étant configuré pour guider le flux magnétique généré par l'aimant permanent, l'aimant permanent s'étendant selon l'axe de rotation et présentant une forme générale de section radiale adaptée à générer le flux magnétique, le circuit magnétique comprenant une cavité configurée pour contenir l'aimant permanent, la cavité étant au contact de l'aimant permanent, dans laquelle le circuit magnétique comprend au moins une lumière s'ouvrant sur la cavité, dans la lumière une surface extérieure de l'aimant permanent est à distance du circuit magnétique de façon à former une barrière au flux magnétique généré par l'aimant permanent, et dans laquelle le circuit magnétique comprend, dans la lumière, une partie élastique venant en appui contre l'aimant permanent afin de limiter le déplacement de l'aimant permanent, en translation parallèlement à l'axe de rotation, par rapport à la cavité.
[0009] Avantageusement, la limitation du déplacement de l'aimant permanent, en translation parallèlement à l'axe de rotation, par rapport à la cavité est réalisée par obstacle.
[0010] Avantageusement, l'aimant permanent comprend un renfoncement dans lequel la partie élastique vient en butée pour éviter le déplacement en translation de l'aimant permanent par rapport à la cavité.
[0011] Avantageusement, le renfoncement possède au moins une paroi s'étendant perpendiculairement à l'axe de rotation, la paroi formant une butée franche empêchant tout déplacement de l'aimant permanent en translation parallèlement à l'axe de rotation.
[0012] Avantageusement, le renfoncement possède au moins un chanfrein permettant l'extraction de l'aimant permanent hors du circuit magnétique en y appliquant un effort parallèlement à l'axe de rotation. [0013] Avantageusement, la limitation du déplacement de l'aimant permanent, en translation parallèlement à l'axe de rotation, par rapport à la cavité est réalisée par adhérence.
[0014] Avantageusement, la partie élastique est configurée pour posséder une fibre neutre courbe lorsqu'elle est soumise à un effort lors de l'insertion de l'aimant permanent dans la cavité.
[0015] Avantageusement, le circuit magnétique comprend des tôles empilées selon l'axe de rotation et la partie élastique est formée dans au moins une des tôles.
[0016] Avantageusement, la partie élastique n'est pas formée dans toutes les tôles de l'empilage.
[0017] L’invention sera mieux comprise et d’autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d’un mode de réalisation donné à titre d’exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel :
[0018] [Fig.1] la figure 1 représente schématiquement en perspective une machine électrique selon l’invention ;
[0019] [Fig.2] la figure 2 représente en coupe partielle un rotor de la machine électrique de la figure 1 ;
[0020] [Fig.3] la figure 3 représente une variante du rotor de la machine électrique en coupe partielle dans un plan contenant son axe de rotation ;
[0021] [Fig.4] la figure 4 représente une autre variante du rotor de la machine électrique en coupe partielle dans un plan contenant son axe de rotation ;
[0022] [Fig.5] la figure 5 représente encore une variante du rotor de la machine électrique en coupe partielle dans un plan contenant son axe de rotation ;
[0023] La figure 1 représente en perspective une machine électrique 10 comprenant un stator 12 et un rotor 14 pouvant tourner par rapport au stator autour d’un axe de rotation 16. Dans l’exemple représenté, le rotor 14 est un rotor interne et le stator 12 est externe. Il est également possible de mettre en œuvre l’invention dans une machine électrique à rotor externe et stator interne. [0024] Le stator 12 comprend un bobinage pouvant être alimenté en courant multi phasé, typiquement en triphasé et produisant un champ magnétique tournant à la fréquence d’alimentation. Le rotor 14 comprend un ou plusieurs aimants permanents produisant un champ magnétique tournant avec le champ magnétique du stator lors de la rotation du rotor 14 autour de son axe de rotation 16.
[0025] La machine électrique 10 peut fonctionner en moteur en transformant de l’énergie électrique en énergie mécanique ou en générateur en transformant de l’énergie mécanique en énergie électrique.
[0026] La figure 2 permet d’illustrer le montage d’un aimant permanent 20 dans le rotor 14 de la machine électrique 10. La figure 2 représente en coupe partielle le rotor 14 dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation 16.
[0027] La machine électrique 10 comprend un circuit magnétique 22 dans lequel sont disposés un ou plusieurs aimants permanents 20 répartis radialement autour de l’axe 16. Dans le cas d’une pluralité d’aimants permanents 20 ceux-ci sont identiques et un seul est représenté sur la figure 2. Lors du fonctionnement de la machine électrique 10, le champ magnétique généré par les différents aimants permanents 20 s’accroche au champ magnétique tournant généré au stator 12. Le circuit magnétique 22 canalise le champ magnétique généré par les aimants permanents 20.
[0028] Les aimants permanents 20 peuvent être disposés dans des encoches du circuit magnétique 22 et affleurer à la surface extérieure du rotor 14 en regard du stator. Alternativement les aimants permanents 20 peuvent être enterrés dans le circuit magnétique 22. Cette disposition permet notamment d’augmenter la vitesse de rotation de la machine électrique 10 en évitant le risque de décollement des aimants permanents 20 du circuit magnétique 22. La disposition à aimants enterrés permet également de créer un couple reluctant par un effet de saillance qui permet d’assister le couple généré par les aimants et contribue à l’augmentation de la vitesse de la machine électrique. Entre ces deux alternatives, il est également possible de prévoir des aimants permanents 20 en partie enterrés et en partie affleurant. [0029] L’aimant permanent 20 représenté sur la figure 2 n’affleure pas de la surface extérieure 24 du rotor 14 et possède une section dont une partie de forme concave s’ouvre en direction du stator 12, c’est-à-dire vers le haut de la figure 2, ceci afin de créer une concentration de flux magnétique et une induction plus élevée dans l’entrefer entre le rotor14 et le stator 12. La section de l’aimant permanent 20 est constante sur la majeure partie de la longueur du rotor 14 définie selon l’axe de rotation 16.
[0030] Le circuit magnétique 22 comprend une cavité 26 configurée pour contenir l’aimant permanent 20. La cavité 26 est au contact de l’aimant permanent 20. Plus précisément la forme de la cavité 26 est complémentaire au moins en partie de la forme de l’aimant permanent 20. Comme pour l’aimant permanent 20, la section de la cavité perpendiculairement à l’axe 16 est constante sur la majeure partie de la longueur du circuit magnétique 22, longueur définie selon l’axe de rotation 16.
[0031] le circuit magnétique 22 comprend une ou plusieurs lumières s’ouvrant sur la cavité 26. Dans l’exemple représenté, le circuit magnétique 22 comprend deux lumières 28 et 30. Dans chacune des lumières 28 et 30, la surface extérieure de l’aimant permanent 20 est à distance du circuit magnétique 22. Les lumières 28 forment une barrière au flux magnétique généré par l’aimant permanent 20. Autrement dit, le flux magnétique généré par l’aimant permanent 20 tend à contourner majoritairement les lumières pour se concentrer dans le circuit magnétique 22 dont la perméabilité est beaucoup plus forte que celle du vide ou de l’air contenu dans les lumières 28 et 30.
[0032] La forme générale de l’aimant permanent 20 et celle du circuit magnétique 22 sont définies en combinaison avec le stator 12 pour optimiser le cheminement des flux magnétiques dans la machine électrique. La forme en partie concave de la section de l’aimant permanent 20 et la présence éventuelle des lumières 28 et 30 sont notamment adaptées à cette optimisation.
[0033] Le circuit magnétique 22 comprend dans chacune des lumières 28 et 30 une partie élastique, respectivement 32 et 34 venant en appui contre l’aimant permanent 20 afin de limiter le déplacement de l’aimant permanent 20, en translation parallèlement à l’axe de rotation 16, par rapport à la cavité 26. Alternativement il est possible de n’équiper le circuit magnétique 22 que d’une seule partie élastique soit 32, soit 34. En pratique, on profite de la présence de lumières dans le circuit magnétique pour y placer au moins une partie élastique.
[0034] Dans l’exemple représenté sur la figure 2, la section de l’aimant permanent 20 possède un axe de symétrie qui est un axe radial 36 du rotor, axe, perpendiculaire à l’axe de rotation 16. Les lumières 28 et 30 sont également symétriques par rapport à l’axe radial 36. Le fait de mettre en place les deux parties élastiques 32 et 34 prenant appui chacune contre une face opposée, respectivement 38 et 40, de l’aimant permanent 20 permet d’éviter un risque de déplacement radial de l’aimant permanent 20 dans la cavité 26. Autrement dit, en complément d’une limitation du déplacement axial de l’aimant permanent 20 parallèlement à l’axe de rotation 16, les deux parties élastiques limitent le déplacement radial de l’aimant permanent 20 dans les deux sens opposés en équilibrant les forces exercées sur l’aimant permanent 20 par les appuis des deux parties élastiques 28 et 32. L’aimant permanent 20 est pincé entre les deux parties élastiques 28 et 32.
[0035] La figure 3 représente en coupe partielle le rotor 14 dans un plan contenant l’axe de rotation 16. On y distingue le circuit magnétique 22 formé par un empilage de tôles s’étendent perpendiculairement à l’axe de rotation 16. On y distingue également l’aimant permanent 20. La partie élastique 32 est par exemple formée dans une des tôles 22i de l’empilage. En fonction de la raideur souhaitée pour la partie élastique 32, il est possible de la réaliser dans plusieurs tôles qui peuvent être contigües ou pas. La partie élastique n’est avantageusement pas réalisée dans toutes les tôles de l’empilage.
[0036] L’aimant permanent 20 comprend un renfoncement 42 dans lequel la partie élastique 32 vient en butée. En pratique, lors de l’insertion de l’aimant permanent 20 dans la cavité 26 dans un mouvement de translation parallèle à l’axe 16, la partie élastique 32 se déforme en frottant contre l’aimant permanent 20 sur sa face 38 jusqu’à ce que la partie élastique 32 pénètre dans le renfoncement 42 en relâchant au moins en partie sa déformation. Une fois dans le renfoncement 42, la partie élastique 32 vient en butée contre le renfoncement 42, empêchant l’aimant permanent 20 de se déplacer en translation parallèlement à l’axe de rotation 16.
[0037] Alternativement au renfoncement 42, l’aimant permanent 20 peut comprendre plusieurs excroissances entre lesquelles la partie élastique 32 vient se caller. De façon plus générale, les excroissances ou le renfoncement permettent de réaliser une limitation du déplacement de l’aimant permanent 20, en translation parallèlement à l’axe de rotation 16, par rapport à la cavité 28.
[0038] Les parties élastiques 32 et 34 possèdent, dans l’exemple représenté sur la figure 2, une forme incurvée entre leur emplanture, respectivement 32a et 34a, sur la paroi interne de leur lumière respective et leur extrémité libre, respectivement 32b et 34b, en appui contre l’aimant permanent 20. Une forme incurvée permet d’augmenter la longueur de la fibre neutre de la partie élastique concernée par rapport à une partie élastique qui posséderait une forme rectiligne. La partie élastique est globalement soumise à une contrainte de flexion lors de sa déformation. La fibre neutre est une ligne de la partie élastique ne subissant aucune contrainte de traction/com pression lors de sa déformation en flexion. L’adaptation de la longueur de la fibre neutre permet de régler la déformation possible de la partie élastique. Ceci permet notamment à la partie élastique de se caller dans le renfoncement 42. Ceci permet également d’absorber les dispersions de dimensions dues aux tolérances de fabrication de l’aimant permanent 20 et du circuit magnétique 22. Toute autre forme non rectiligne est bien entendue possible.
[0039] La figure 3 est représentée dans un plan perpendiculaire à celui de la figure 2 et sur la figure 3, la possible forme incurvée de la partie élastique 32 n’est pas visible.
[0040] La figure 4 représente une variante du rotor 14 en coupe partielle dans un plan contenant l’axe de rotation 16. On y retrouve le circuit magnétique 22 représenté sur la figure 3 équipé de la partie élastique 32. On y retrouve l’aimant permanent 20. A la différence de la variante représentée sur la figure 3, l’aimant permanent 20 comprend un renfoncement 44 de forme légèrement différente. Le renfoncement 44 est en forme de V dont les branches 44a et 44b s’étendent de façon inclinée par rapport à l’axe de rotation 16. Dans la variante de la figure 3, le renfoncement 42 possède des parois 42a et 42b perpendiculaires à l’axe de rotation 16. Les parois 42a et 42b forment une butée franche empêchant tout déplacement de l’aimant permanent 20 en translation parallèlement à l’axe de rotation 16 dans les deux sens. Avec une butée franche, l’extraction de l’aimant permanent 20 en fin de vie de la machine électrique peut se faire par exemple en cassant ou en déformant de manière permanente (c’est-à-dire hors de leur domaine élastique) les parties élastiques en appliquant un effort important sur l’aimant permanent 20 selon un axe parallèle à l’axe de rotation 16. Alternativement à une rupture, ou à une déformation permanente des parties élastiques, il est possible de prévoir un outil spécifique inséré dans les lumières correspondantes et permettant de rétracter les parties élastiques. Au contraire, une forme en V du renfoncement 44 permet à la partie élastique 32 de se rétracter sans outil sous l’action d’un effort sur l’aimant permanent 20 selon un axe parallèle à l’axe de rotation 16. Il convient de veiller à ce que cet effort soit supérieur aux efforts pouvant intervenir durant le fonctionnement de la machine électrique. L’inclinaison des branches 44a et 44b de la forme en V permet de régler l’effort d’extraction de l’aimant permanent 20. Il est également possible de mette en œuvre un renfoncement ne possédant qu’une seule branche inclinée soit 44a, soit 44b, l’autre branche pouvant être perpendiculaire à l’axe de rotation 16 comme dans le renfoncement 42. Cette branche unique inclinée forme un chanfrein. Autrement dit, le renfoncement peut comprendre un ou deux chanfreins permettant l’extraction de l’aimant permanent 20 hors du circuit magnétique 22 soit dans un seul sens soit dans les deux sens portés par une direction parallèle à l’axe de rotation 16.
[0041] La figure 5 représente une autre variante du rotor 14 en coupe partielle dans un plan contenant l’axe de rotation 16. On y retrouve le circuit magnétique 22 représenté sur la figure 3 équipé de la partie élastique 32. A la différence des variantes représentées sur les figures 3 et 4, la face 38 de l’aimant permanent 20 disposée en regard de la partie élastique 32 ne comprend aucun renfoncement. La face 38 est parallèle à l’axe de rotation 16. Plus précisément la face 38 peut former une courbe, visible sur la figure 2, dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation 16. La face 38 forme une portion de cylindre s’appuyant sur la courbe et dont les génératrices sont parallèles à l’axe de rotation 16. Lors de l’insertion de l’aimant permanent 20 dans la cavité 26, la partie élastique 32 frotte contre la face 38 tout au long de son insertion le long d’une génératrice de la face 38 et la limitation du déplacement de l’aimant permanent 20, en translation parallèlement à l’axe de rotation 16, par rapport à la cavité 28 se fait par adhérence. L’effort devant être exercé sur l’aimant permanent 20 pour son insertion dans la cavité 26 est le même, dans le même sens ou dans un sens opposé, que l’effort nécessaire à l’extraction de l’aimant permanent 20.
[0042] Les aimants permanents 20 peuvent être réalisés par injection de poudre dans un moule ayant une empreinte de forme complémentaire à celle de l’aimant permanent 20. Après moulage la poudre est frittée. Ce type de procédé présente l’avantage de permettre la réalisation de détails précis, dont notamment la rainure 38, dans la forme de l’aimant permanent 20. Ce procédé de fabrication présente également l’avantage de permettre la réalisation d’aimants permanents en fortes cadences de production. Tout autre procédé de réalisation des aimants permanents 20 peut être mis en œuvre dans le cadre de l’invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Machine électrique à rotor à aimants permanents, le rotor (14) pouvant tourner autour d’un axe de rotation (16) par rapport à un stator (12) de la machine électrique (10), le rotor (14) comprenant un circuit magnétique (22) et au moins un aimant permanent (20), le circuit magnétique (22) étant configuré pour guider le flux magnétique généré par l’aimant permanent (20), l’aimant permanent (20) s’étendant selon l’axe de rotation (16) et présentant une forme générale de section radiale adaptée à générer le flux magnétique, le circuit magnétique (22) comprenant une cavité (26) configurée pour contenir l’aimant permanent (20), la cavité (26) étant au contact de l’aimant permanent (20), dans laquelle le circuit magnétique comprend au moins une lumière (28, 30) s’ouvrant sur la cavité (26), dans la lumière (28, 30) une surface extérieure (38, 40) de l’aimant permanent (20) est à distance du circuit magnétique (22) de façon à former une barrière au flux magnétique généré par l’aimant permanent (20), et dans laquelle le circuit magnétique (22) comprend, dans la lumière (28, 30), une partie élastique (32, 34) venant en appui contre l’aimant permanent (20) afin de limiter le déplacement de l’aimant permanent (20), en translation parallèlement à l’axe de rotation (16), par rapport à la cavité (28, 30).
2. Machine électrique selon la revendication 1 , dans laquelle la limitation du déplacement de l’aimant permanent (20), en translation parallèlement à l’axe de rotation (16), par rapport à la cavité (28, 30) est réalisée par obstacle.
3. Machine électrique selon la revendication 2, dans laquelle l’aimant permanent (20) comprend un renfoncement (42) dans lequel la partie élastique (32, 34) vient en butée pour éviter le déplacement en translation de l’aimant permanent (20) par rapport à la cavité (26).
4. Machine électrique selon la revendication 3, dans laquelle le renfoncement (42) possède au moins une paroi (42a, 42b) s’étendant perpendiculairement à l’axe de rotation (16), la paroi (42a, 42b) formant une butée franche empêchant tout déplacement de l’aimant permanent (20) en translation parallèlement à l’axe de rotation (16).
5. Machine électrique selon la revendication 3, dans laquelle le renfoncement (44) possède au moins un chanfrein (44a, 44b) permettant l’extraction de l’aimant permanent (20) hors du circuit magnétique (22) en y appliquant un effort parallèlement à l’axe de rotation (16).
6. Machine électrique selon la revendication 1 , dans laquelle la limitation du déplacement de l’aimant permanent (20), en translation parallèlement à l’axe de rotation (16), par rapport à la cavité (28, 30) est réalisée par adhérence.
7. Machine électrique selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la partie élastique (32, 34) est configurée pour posséder une fibre neutre courbe lorsqu’elle est soumise à un effort lors de l’insertion de l’aimant permanent (20) dans la cavité (26).
8. Machine électrique selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le circuit magnétique comprend des tôles empilées selon l’axe de rotation (16) et dans laquelle la partie élastique (32, 34) est formée dans au moins une des tôles (22i).
9. Machine électrique selon la revendication 8, dans laquelle la partie élastique (32, 34) n’est pas formée dans toutes les tôles de l’empilage.
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