FR2606949A1 - Rotor a aimants permanents pour moteur electrique, et moteur muni d'un tel rotor - Google Patents

Abstract

L'INVENTION EST RELATIVE A UN ROTOR A AIMANTS PERMANENTS POUR MOTEUR ELECTRIQUE, ET A UN MOTEUR ELECTRIQUE MUNI D'UN TEL ROTOR DONT LES AIMANTS 2, 3, 4, 5 CONSTITUENT DES POLES MAGNETIQUES REPARTIS A LA PERIPHERIE D'UN ARBRE CYLINDRIQUE 1. IL EST CARACTERISE EN CE QU'IL COMPORTE DES MOYENS DE CERCLAGE 6 TENDUS AUTOUR DES AIMANTS POUR LES MAINTENIR SUR L'ARBRE.

Description

ROTOR A AIMANTS PERMANENTS POUR MOTEUR ELECTRIQUE,
ET MOTEUR MUNI D'UN TEL ROTOR
L'invention est relative à un rotor à aimants permanents pour un moteur électrique et à un moteur électrique muni d'un tel rotor.

Un moteur électrique comporte dune part un stator, généra
lement bobiné et un rotor placé à l'intérieur du stator. Le rotor est soit bobiné, et dans ce cas on trouve un collecteur et des balais fermant un circuit électrique entre le rotor et le bornier d'alimentation, soit à aimants permanents et dans ce cas, les balais et le collecteur ne sont plus nécessaires. Les moteurs à courant continu sans balais sont bâtis autour d'un rotor à aimants permanents, et dans de tels moteurs, la commutation est électronique.

Les aimants d'un tel rotor sont par exemple à base de terres
rares ou d'un mélange de matériaux divers connus pour leurs bonnes propriétés magnétiques.

Ainsi, on réalise des aimants à base de samarium et de cobalt.

La réalisation de ces rotors pose des problèmes particuliers car il est nécessaire que les différents pôles magnétiques du rotor soient le plus près possible des bobinages du stator, pour des raisons de rendement lors du fonctionnement, et que les aimants ne soient pas arrachés par la forcie centrifuge.

Afin de parvenir à un positionnement correct des aimants, on a réalisé des rotors dans lesquels un cylindre en acier supporte des flasques entre lesquels sont serrés les aimants. Les aimants et les
flasques sont usinés de façon que des reliefs ou des formes complé
mentaires sur chacun de ces éléments coopèrent de sorte que les aimants ne puissent pas être projetés vers ltextérieur sous l'action de la force centrifuge.

Les inconvénients de ce type de rotor sont la nécessité d'un
nombre élevé de pièces d'une part, et la précision nécessaire des
usinages d'autre part, le cumul de ces conditions augmentant subs
tantiellement le prix de revient d'un tel moteur et le temps
d'assemblage.

L'invention a donc pour but un rotor dont le prix de revient est moins important que celui des rotors de l'art antérieur et dont les différents éléments sont mis en place facilement. De plus, le rotor doit résister à la température atteinte dans les enroulements du stator, qui peut être de l'ordre de 1500 C; d'autre part, les aimants doivent résister au couple car ce sont eux qui le transmettent à l'arbre et, pour que le rendement soit optimal, I'entrefer, c'est-àdire la distance entre les aimants du rotor et les bobinages du stator, doit être le plus faible possible. Enfin, il faut que le rotor, une fois achevé, soit équilibré sur son axe pour éviter les phénb mènes de balourd et les vibrations.

Selon l'invention, un rotor pour moteur électrique, comportant des aimants permanents répartis sur la périphérie d'un arbre cylindrique, est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de cerclage tendus autour des aimants pour les maintenir sur l'arbre.

Selon une autre caractéristique, les moyens de cerclage sont en matériau amagnétique, de faible épaisseur.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront avec la description faite en regard des figures annexées sur lesquelles:
- la figure 1 est une vue en coupe radiale d'un rotor conforme à l'invention
- la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un rotor conforme à l'invention;
- la figure 3 est une vue d'un moyen de cerclage préféré;
- la figure 4 est une vue en détail d'une fixation des moyens de cerclage;
- la figure 5 est une vue d'une pièce intermédiaire utilisée pour la fixation des moyens de cerclage.

Sur la figure 1, on a représenté le rotor conforme à l'invention en coupe radiale. Le rotor est constitué d'un arbre 1 cylindrique monté en rotation sur des paliers non représentés, et d'aimants 2, 3, 4, 5 en forme de tuiles épousant la forme de la périphérie de l'arbre 1.

La forme des aimants est elle que leur propre périphérie est cylindrique, afin que le rotor puisse tourner librement à l'intérieur du stator. Ils sont répartis en étant espacés à la périphérie de l'arbre de façon à constituer un nombre pair de pôles, dans lequel sont alternés en nombres égaux des pôles nord et des pôles sud. Plusieurs aimants peuvent être mis bout à bout sur la longueur de l'arbre pour constituer un-pôle, comme le montre la figure 2 où chaque pôle 2, 4, 5 est respectivement constitué de deux aimants 2a, 2b, 4a, 4b, 5a, 5b.

Dans l'exemple représenté sur ces figures 1 et 2 il y a quatre pôles, soit deux paires de pôles nord et sud. Entre deux pôles voisins subsiste un espace 23, 34, 45, 52, limitant chaque pôle.

De préférence, chaque aimant est collé sur l'arbre avant la mise en place des moyens de cerclage, de façon à être correctement positionné lors de la mise en place des moyens de cerclage d'une part, et de façon à ce que la tenue de l'ensemble en fonctionnement soit améliorée d'autre part.

Les moyens de cerclage, dans le mode de réalisation illustré par les figures, sont constitués par un feuillard 6 tel qu'une plaque en métal amagnétique rectangulaire pouvant être enroulée autour des aimants et fixée en divers points de la périphérie de l'arbre, de façon à être tendue pour maintenir les aimants, comme expliqué ciapres.

Les dimensions du feuillard 6 sont déterminées de sorte qu'il soit suffisamment grand pour venir au contact d'une partie au moins de chacun des aimants.

De préférence, lesdites dimensions sont telles que le feuillard entoure la totalité de la surface des aimants, et ce afin que les efforts dynamiques soient uniformément répartis.

Dans ce but, dans le mode de réalisation illustré par les figures, le feuillard 6 est rectangulaire. La longueur des grands côtés 7, 8 est supérieure à la périphérie du cercle déterminé par la face extérieure des aimants, de sorte que lorsque le feuillard est enroulé, les extrémités de ces grands côtés 7, 8 se superposent, ce qui autorise une liaison au niveau de la superposition pour tendre le feuillard.

Dans ce but également, la longueur des petits côtés 9, 10 est au moins égale à la longueur, projetée sur l'axe de rotation, des pôles magnétiques 2, 3, 4, 5.

Dans ce cas, les petits côtés 9, 10 se trouvent donc placés parallèlement à l'axe et ce sont les grands côtés 7, 8 qui sont enroulés.

Mais il est clair que selon les dimensions du rotor, et notamment selon la longueur des pôles magnétiques 2, 3, 4, 5 on peut être amené à réaliser un feuillard dont les côtés de grande longueur 7, 8 sont parallèles à l'axe, et dont les côtés 9, 10 de petite longueur sont enroulés, la superposition ayant lieu dans ce cas entre les extrémités de ces petits côtés.

Afin d'assurer la liaison dans la zone de superposition entre les deux extrémités, on prévoit au moins un trou 11, 12 à proximité de chacune desdites extrémités tel que, iorsque le feuillard 6 est enroulé sans être tendu et forme un cylindre autour de l'arbre 1 et des aimants 2, 3, 4, 5, un trou 11 proche de l'une des extrémités vienne en regard du trou correspondant 12 de l'autre extrémité.

Les deux trous 11, 12 ainsi alignés sont alors mis en face de l'un 23 des espaces entre deux pôles magnétiques 2, 3, et se trouvent donc en regard d'une zone de l'arbre 1 non recouverte par les aimants. Cette zone de l'arbre est pourvue d'un taraudage 14 en face duquel viennent les deux trous superposés du feuillard 6 lorsqu'il est correctement positionné. Une vis 13 est engagée dans les deux trous 9, 10, puis vissée dans l'orifice taraudé 14, comme le montrent les figures 1 et 4. La vis 13 est choisie de façon que sa tête puisse rentrer totalement dans l'espace 23 entre les deux pôles 2, 3 de façon à ne pas gêner la mise en place du rotor dans le stator.

D'autre part, il est compréhensible que lorsque la tête de vis entre dans cet espace elle exerce une tension sur le feuillard 6, qui empêche tout mouvement des aimants.

De préférence, afin d'assurer un équilibrage correct du rotor et afin de parfaire la tension du feuillard, au moins une autre vis 15 est prévue dans un autre espace 45 entre deux autres pôles 4, 5 magnétiques.

Il est clair que pour que l'équilibrage soit correct, les vis doivent être uniformément réparties à la périphérie de l'arbre.

Ainsi, dans l'exemple représenté où le rotor comporte quatre pôles, on place au moins une autre vis 15 dans un taraudage 16 de l'espace 45 diamétralement opposé à l'espace 23 au-dessus duquel se superposent les deux extrémités du feuillard 6.

Cette autre vis n'a pas un simple rôle d'équilibrage, mais elle permet en plus de parfaire la tension du feuillard. A cet effet, un autre trou 17 est réalisé dans le feuillard, entre les deux premiers 11, 12 dans lequel la vis 15 est engagée avant d'être vissée dans le taraudage 16.

Les dimensions de cette autre vis 15 et du feuillard sont également telles que la tête de vis et la partie du feuillard en regard de l'espace 45 s'effacent totalement dans cet espace 45 pour ne pas gêner la mise en place du rotor dans le stator.

Etant donné que les rotors comprennent toujours un nombre pair de pôles, il est toujours possible de réaliser la même disposition des vis, quel que soit le nombre de pôles, à savoir disposer au moins une vis de liaison des extrémités du feuillard dans un espace, et au moins une autre vs diamétralement opposée pour parfaire la tension du feuillard et favoriser l'équilibrage du rotor. Cependant, il est clair qu'en fonction du nombre de pôles, il est possible de modifier la répartition des vis en en plaçant dans un plus grand nombre d'espaces, veillant toujours à ce que leur disposition ne crée pas un balourd du rotor, qui entraînerait des vibrations lors du fonctionnement. Ainsi, à titre d'exemple, dans le cas d'un rotor qui aurait trois paires de pôles, il est possible de placer des vis dans trois espaces différents, à 1200 l'un de l'autre.

De préférence, afin d'optimiser la tension du feuillard 6, on place au moins deux vis dans l'espace 23 en regard de la zone de recouvrement de ses deux extrémités, et au moins deux vis dans chacun des autres espaces où on désire assurer une tension complémentaire sur le feuillard, et dans ce but, on réalise le nombre de trous suffisant dans le feuillard 6 pour permettre le passage des vis vers les taraudages de l'arbre.

Ainsi, dans le mode de réalisation illustré par la figure 3, le feuillard 6 est pourvu de six trous, placés symétriquement par rapport au grand axe longitudinal AL du rectangle formant le feuillard, un 11, 12, 18, 19 à proximité de chaque angle du feuillard pour assurer la liaison entre les deux extrémités dans un premier espace 23 du rotor compris entre deux pôles 2, 3, et deux autres trous 17, 20 situés respectivement l'un 17 à proximité d'un grand côté 7 du feuillard, au milieu du segment de droite joignant les deux trous il, 12 situés à proximité des angles adjacents audit grand côté 7, et l'autre 20, à proximité de l'autre grand côté 8, au milieu du segment de droite joignant les deux trous 18, 19 situés à proximité des angles adjacents audit autre grand côté.

Cette structure permet de tendre le feuillard 6 en deux espaces 23, 45 diamétralement opposés, comme le montre la figure 1.

De préférence, afin d'obtenir une meilleure tension du feuillard, des barrettes 21 d'appui conformes à celle de la figure 5 sont prévues. Ces barrettes sont destinées à uniformiser la pression des vis sur le feuillard au niveau de chacun des espaces 23, 45 où se trouvent les vis, et par voie de conséquence, d'uniformiser la tension du feuillard sur toute sa surface.

A cet effet, chaque barrette est munie d'un nombre de trous 22, 24 équivalent à celui des taraudages situés dans un espace entre deux pôles magnétiques ; l'espacement entre lesdits trous correspond à l'espacement entre lesdits taraudages, et ces trous sont usinés de façon que la partie filetée desdites vis puisse passer librement à l'intérieur, et que la tête des vis ne puisse pas passer.

En outre, de préférence, ces trous 22, 24 des barrettes 21 sont usinés ou fraisés de façon que la tête des vis puisse s'y effacer au moins partiellement comme le montrent les figures 1 et 4, afin de ne pas déborder du rotor.

Dans un mode de réalisation préféré, chaque barrette 21 possède par exemple une section semi-cylindrique dont le diamètre est inférieur à la largeur de l'espace entre deux pôles magnétiques diminuée d'au moins deux fois l'épaisseur du feuillard pour que chaque barrette puisse venir tendre le feuillard en s'effaçant dans un espace, la partie cylindrique d'une barrette étant en contact avec le feuillard et la partie plate étant vers l'extérieur du rotor, comme le montrent les figures 1 et 4.

II est clair que les barrettes peuvent être de toute autre forme ou profil. Ainsi, elles peuvent avoir un profil plan, la seule condition étant qu'elles puissent s'effacer dans l'espace compris entre deux aimants, pour ne pas perturber la rotation du moteur.

La mise en place est extrêmement simple, puisqu'il suffit de coller, même de façon sommaire, les aimants 2, 3, 4, 5 sur l'arbre, d'enrouler le feuillard 6 de façon que les trous 11, 12, 17, 18, 19, 20 dont il est pourvu se trouvent en regard des taraudages 14, 16 de l'arbre, puis soit de mettre les vis directement, soit d'intercaler les barrettes 21 entre les vis et le feuillard 6, et d'assurer la tension de maintien par l'effort de déformation élastique du feuillard.

L'invention est donc particulièrement avantageuse, puisque d'une façon simple on assure un maintien statique et dynamique des aimants d'un rotor électrique.

A titre d'exemple d'application, non limitatif, un feuillard de un dixième de millimètre d'épaisseur permet de maintenir les aimants du rotor d'un moteur dont l'entrefer, c'est-à-dire la distance entre la face extérieure des aimants et le stator, est de cinq dixièmes de millimètres, avec une tolérance de deux dixièmes de millimètre sur l'épaisseur des aimants.

L'invention n'est, bien entendu, pas limitée aux seuls modes de réalisation décrits, mais s'étend aux variantes équivalentes. Ainsi, parmi les variantes possibles, il en est une, à titre d'exemple, dans laquelle au lieu d'utiliser des barrettes 21 pour uniformiser la pression des vis et la tension du feuillard, on place un nombre plus élevé de vis dans les espaces 23, 45 entre les pôles magnétiques.

Egalement, une autre variante consiste à utiliser non plus un seul feuillard 6, couvrant toute la longueur des aimants, mais au moins deux feuillards enroulés l'un à côté de l'autre et tendus de l'une ou l'autre des manières précédemment décrites, c'est-à-dire soit avec des vis uniquement, soit avec des vis et une barrette dans certains des espaces entre les aimants.

Il est clair que l'invention s'étend également à tous les moteurs dont le rotor est à aimants permanents et dont le maintien des aimants est assuré par un dispositif de cerclage équivalent, placé dans l'entrefer.

Claims (15)

REVENDICATIONS

1. Rotor pour moteur électrique, comportant des aimants (2, 3, 4, 5) permanents constituant des pôles magnétiques répartis sur la périphérie d'un arbre cylindrique (1), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de cerclage (6) tendus autour des aimants pour les maintenir sur l'arbre.

2. Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que les aimants sont en forme de tuiles épousant la forme de l'arbre (1) et en ce que des points de colle sont prévus entre chacun des aimants (2, 3, 4, 5) et l'arbre (1).

3. Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de cerclage (6) sont en matériau amagnétique.

4. Rotor selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de cerclage sont constitués par au moins un feuillard (6) enroulé à la périphérie des aimants.

5. Rotor selon la revendication 4, caractérisé en ce que le feuillard (6) est constitué par une plaque rectangulaire, dont deux côtés (7, 8) égaux sont supérieurs à la circonférence du cercle passant par l'extérieur des aimants, de sorte que, lorsqu'il est enroulé, les extrémités de ces deux côtés se recouvrent, et en ce qu'une liaison est assurée entre ces deux extrémités et l'arbre (1) pour assurer simultanément le maintien sur l'arbre et la tension du feuillard (6) sur les aimants (2, 3, 4, 5).

6. Rotor selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un espace (23, 34, 45, 52) subsiste entre deux pôles (2, 3, 4, 5) successifs en ce que le feuillard est enroulé de façon que la zone de recouvrement entre lesdites extrémités se trouve en regard de l'un des espaces, en ce que lesdites extrémités sont pourvues chacune d'au moins un trou (11, 12, 18, 19) placé de façon telle que chaque trou d'une extrémité soit simultanément en regard d'un trou de l'autre extrémité et en ce qu'un taraudage (14) est réalisé radialement dans l'arbre (1) au niveau de l'espace (23) de recouvrement, et en ce qu'une vis (13) est introduite dans les deux trous en regard, puis vissée dans le taraudage de façon à assurer simultanément le maintien et la tension du feuillard (6).

7. Rotor selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un autre espace (45) entre deux aimants (4, 5) pourvu d'au moins un taraudage (16) supplémentaire, et en ce que le feuillard (6) est pourvu d'au moins un autre trou (17, 20) en regard de chaque taraudage supplémentaire, et en ce qu'il comporte une vis (15) engagée dans chaque trou (17, 20) avant d'être vissée dans chaque taraudage supplémentaire, pour améliorer la tension du feuillard.

8. Rotor selon les revendications 6 et 7, caractérisé en ce que la longueur du feuillard (6) est telle qu'il est complètement tendu uniquement lorsque chaque tête de vis (13, 15) est totalement effacée dans l'espace (23, 45) adjacent au taraudage (14, 16) dans lequel elle est vissée.

9. Rotor selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une barrette (21) de tension du feuillard est prévue qui est placée dans chaque espace (23, 45) où se trouve au moins une vis de tension du feuillard, et en ce que ladite barrette (21) est pourvue d'au moins un trou (22, 24) pour le passage de ladite vis, et en ce que ladite barrette est intercalée entre la tête de ladite vis et le feuillard pour répartir uniformément les tensions sur le feuillard.

10. Rotor selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque barrette (21) est de forme semi-cylindrique dont le diamètre est inférieur à la largeur de l'espace diminué de deux fois l'épaisseur du feuillard, pour tendre le feuillard en s'effaçant dans l'espace entre deux aimants, la partie cylindrique étant en contact avec le feuillard et la partie plate vers l'extérieur du rotor.

11. Rotor selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque barrette (21) est de forme plane et possède des dimensions telles qu'elle peut s'effacer dans l'espace compris entre deux aimants.

12. Rotor selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'un espace de tension supplémentaire est positionné sur le rotor de façon à ce que l'équilibre statique et l'absence de balourd soient preserves.

13. Rotor selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte un seul espace de tension supplémentaire diamétralement opposé à l'espace au-dessus duquel se superposent les extrémités du feuillard.

14. Rotor selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux espaces de tension supplémentaire.

15. Moteur à aimants permanents, caractérisé en ce qu'il comporte un rotor selon l'une des revendications 1 à 14 précédentes.