FR2632788A1 - Rotors a aimants permanents, leurs procedes et dispositifs de fabrication - Google Patents

Abstract

Un rotor 10 à aimants permanents pour moteur commuté électroniquement comporte un noyau 12, une multitude d'éléments aimantables espacés les uns des autres autour du noyau, et une enveloppe de retenue 16 à fine paroi qui a été étendue autour du noyau et des éléments de manière à les maintenir en place. Le procédé de fabrication du rotor implique la mise en alignement axial du noyau et des éléments aimantables avec l'enveloppe, et la compression à froid de l'enveloppe sur le noyau et les éléments pour placer les éléments entre l'enveloppe et le noyau. Le noyau et les éléments servent de mandrin autour duquel on reforme l'enveloppe dans une opération de travail à froid. D'autres aspects comportent un dispositif de montage servant à aligner le noyau et les éléments aimantables et l'enveloppe, et un dispositif utilisé pour espacer régulièrement les éléments autour du noyau et les maintenir en place pendant au moins une partie de l'opération de compression à froid. D'autres caractéristiques de certains modes de réalisation du rotor comportent des plaques d'extrémité 14 disposées axialement près des extrémités du noyau et des éléments aimantables, et l'emploi d'un adhésif entre le noyau et les éléments et/ou les extrémités du noyau et des éléments et les plaques d'extrémité. Application aux moteurs à commutation électronique.

Description

La présente invention concerne les rotors à aimants permanents en général et des procédés et dispositifs pour fabriquer des rotors à aimants permanents pour moteurs électriques, et plus spécialement des procédés et dispositifs pour fabriquer des rotors pour des moteurs à commutation électronique (MCE), dont certains peuvent fonctionner a des vitesses relativement élevées.

Les rotors à aimants permanents -pour moteurs MCE comprennent généralement un noyau en fer massif ou feuilleté, entouré par une multitude d'éléments magnétiques. Les matériaux qu'on utilise en général pour constituer des éléments magnétiques comprennent la ferrite de baryum ou de strontium (aimants traditionnels en ferrite) et le cobalt au samarium (aimants en terres rares). Les premiers sont souvent appelés aimants en céramique car -on les fabrique en faisant appel à une technique qui comprend la compression des éléments d'aimant individuels pour leur conférer la forme désirée et la "cuisson" ou chauffage des éléments dans un four jusqu'à durcissement.On utilise les rotors à aimants permanents de ce type dans les moteurs et certaines applications, et en liaison avec un circuit de commande et autres dispositifs associés, des types décrits dans les applications et brevets suivants (ainsi que dans les applications et brevets les concernant), qu'on incorpore ici à titre de référence : demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 482 112 de Eldon R. Cunningham déposée le 4 avril 1983 (maintenant brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 4 456 845) ; demande de brevet des E.U.-A. nO 377 554 au nom de
Charles W. Otto, déposée le 12 mai 1982 (maintenant brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 4 466 165) ; demande de brevet des E.U.A. n0 487 923 au nom de Doran D.Hershberger, déposée le 22 avril 1983 (maintenant brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 4 476 736) et les demandes divisionnaires concernées énumérées ici ; demande de brevet des E.U.A. nO 463 147 au nom de David M. Erdman, déposée le 2 février 1983 (maintenant brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 4 654 566) et les demandes d'addition énumérées ici ; la demande de brevet des E.U.A. nO 628 224 au nom de William R. Archer, déposée le 6 juillet 1984 (maintenant brevet des Etats-Unis d'Amérique 4 686 436).Les rotors fabriqués conformément à la présente invention peuvent avoir un emploi particulièrement intéressant dans les compresseurs de réfrigération hermétiques, dans lesquels l'exposition aux fluides de réfrigération et/ou de lubrification se produira vraisemblablement.

De telles utilisations peuvent également nécessiter des rendements relativement élevés qu'on peut atteindre avec les rotors construits selon la présente invention.

Par suite de la masse relativement élevée des matériaux utilisés pour constituer les éléments magnétiques décrits ci-dessus, et les vitesses relativement élevées (1000 - 16000 tours/minute) des rotors développées dans ces moteurs, le maintien des éléments magnétiques dans une position contiguë au noyau d'induit soulève un problème sérieux.

On a déjà utiliséou pris en considération un certain nombre de procédés ou techniques pour maintenir des éléments magnétiques. L'un de ces procédés implique la mise en place des éléments magnétiques autour du diametre extérieur du noyau et l'application d'un enroulement de matériau type Kevlar ou de fibre de verre pour maintenir les aimants en place. Le
Kevlar ou la fibre de verre utilisé est typiquement un matériau à toron fin qui est entraîné dans de- la résine époxy avant l'enroulement. Une charge adhésive peut être appliquée au rotor enroulé pour remplir les vides et former une construction plus rigide. Cependant, les extrémités du matériau torsadé sont difficiles à fixer au noyau de l'induit, et la nature des matériaux impliqués peut créer des problèmes- dans l'environnement de travail.De plus, l'utilisation de ce procédé est relativement chère et nécessixte beaucoup de temps, et l'uniformité et les tolérances du produit fini peuvent être difficiles à maîtriser.

Un autre procédé de maintien des aimants sur le noyau implique l'enroulement d'un fil relativement fin, sous tension, autour des éléments magnétiques, opération qu on fait suivre par l'application d'un revêtement adhésif ou résine époxy a l'ensemble de manière à protéger le fil métallique. Comme avec le procédé discuté ci-dessus, une fixation correcte au noyau des extrémités du fil est difficile à faire et relativement coûteuse. Cette technique nécessite également beaucoup de temps et de main-d'oeuvre, et implique un certain nombre d'opérations distinctes qui peuvent être ' difficiles et coûteuses à automatiser pour l'organisation de la production.

Une autre technique pour maintenir des aimants autour d'un noyau d'induit implique l'utilisation d'une enveloppe en forme de cylindre ou "boîte" qu'on dispose autour de la surface périphérique extérieure du sousensemble aimant/noyau de manière à maintenir les aimants en place. L'enveloppe extérieure est généralement constituée d'un acier amagnétique tel que le INCO-718 (Inconel) ou le cuivre au béryllium. Au moins trois techniques pour assembler un rotor à aimants permanents qui utilise une telle enveloppe de maintien ont été développées dans le passé.On pense que la société japonaise Hitachi est à l'origine de l'une de ces techniques qui implique la mise en place d'un noyau et d'éléments magnétiques dans une enveloppe, le coulage sous pression d'aluminium à l'état fondu dans l'enveloppe pour bloquer en place les éléments magnétiques et le noyau, et la formation d'anneaux aux extrémités du rotor de maniere à recouvrir completement les éléments magnétiques. L'enveloppe de ces rotors semble être constituée d'acier inoxydable de la série 300, ayant une construction aux parois relativement épaisses qui doit être usinée après le coulage pour obtenir une épaisseur finale des parois comprise entre 0,4 et 0,6 mm en fonction du point de mesure.

Une autre technique pour le montage d'une enveloppe extérieure de maintien sur un sous-ensemble noyau/aimants est décrite dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique 4 549 341 et 4 625 135. Ces brevets décrivent un rotor qui est constitué d'un arbre 10 qui subit une opération au tour pour fournir une zone centrale 20 ayant un diamètre extérieur relativement grand, tel qu'il est mesuré par rapport aux zones d'extrémité axialement contiguës 22 et 24.

La partie à grand diamètre de l'arbre comporte alors un certain nombre de faces plates 30 qui sont uniformément usinées autour de l'arbre, le nombre des faces étant égal à celui des aimants devant être montés sur la périphérie de l'arbre.

Une multitude de blocs en acier 50 qui ont la même forme et la même dimension que les aimants permanents devant être montés autour de l'arbre sont alors installés sur les faces usinées de l'arbre et une couche de matériau amagnétique.60 (par exemple en aluminium) est coulée autour de la partie à grand diamètre de l'arbre et fixée au bloc. Le diamètre extérieur de la piece coulée est légèrement plus grand que celui de l'arbre et des blocs, tel qu'il est mesuré a travers les surfaces extérieures des blocs opposés. La pièce coulée est alors usinée jusqu a un diamètre qui est légèrement plus grand que le diamètre fini désiré, et qui est égal au diamètre de l'arbre mesuré à travers les blocs.Les zones latérales 62 de la pièce coulée qui sont en regard des extrémités respectives de l'arbre sont . également usinées pour donner des surfaces plates Les blocs sont alors enle vés et remplacés par des aimants permanents 80 généralement constitués de terres rares formées de cobalt-samarium ou d'aluminium-nickel. Les aimants sont de forme rectangulaire et présentent de faces plates qui se montent contre les faces plates usinées sur la partie à grand diamètre de l'arbre. Les aimants se montent exactement dans les ouvertures 70 laissées dans la pièce coulée par les blocs en acier. Les aimants peuvent être maintenus dans l'ouverture par attraction magnétique par l'arbre, ou en variante, par un adhésif placé dans I'ouverture. avant le -montage des aimants.Après montage des aimants, l'arbre subit une opera- tion au tour de manière à usiner les surfaces plates extérieures des aimants pour leur conférer une forme ronde et la pièce coulée est usinée jusqu'au diamètre fini désiré.

L'étape finale du montage du rotor décrit cidessus consiste à installer l'enveloppe extérieure autour de la pièce coulée et des aimants. Comme on l'a noté, l'enveloppe extérieure 90 est généralement en acier -amagné- tique tel que le INCO-718. On indique que les épaisseurs de l'enveloppe sont maintenues à une valeur minimum de manière a avoir une distance aussi petite que possible ent-re les aimants et le stator du moteur. Des épaisseurs typiques pour l'enveloppe varient entre 7 et 7 mm, en fonction du diamètre du rotor assemblé, de la vitesse de fonctionnement du rotor, et de la force centrifuge concernée.Le procédé décrit pour l'installation de l'enveloppe consiste à placer le rotor assemblé 100 dans de la glace sèche alors qu'on chauffe l'enveloppe, et à monter alors immédiatement l'enveloppe chauffée sur le rotor refroidi (c'est-à-dire sur la pièce coulée et les aimants). On refroidit alors l'enveloppe en dirigeant de l'eau sur sa surface. La dilatation et le rétrécissement ultérieur de l'enveloppe permettent d'obtenir un joint à ajustement serré entre l'enveloppe et la pièce coulée et les aimants permanents sous-jacents.D'autres brevets décrivant l'utilisation de la technique du thermorétrécissement pour l'installation d'une enveloppe de maintien sur un noyau d'induit et les aimants environnants comprennent les brevets des Etats-Unis d'Amérique 3 531 670 et 3 909 677, et les brevets des Etats-Unis d'Amérique 4 242 610, 4 332 079, 4 339 874, 4 445 062 et un certain nombre de brevets apparentés décernés à la société dite Garrett
Corporation.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique 4 617 726 divulgue une variante d'une technique pour une enveloppe extérieure 110 sur un rotor assemblé 50. Cette technique implique l'utilisation d'un logement 120 qui est ouvert à une extrémité pour recevoir l'enveloppe, laquelle a un diamètre à ses extrémités légèrement supérieur à celui de sa partie centrale ou intermédiaire. L'enveloppe est mise en place dans le logement à un endroit contigu à une zone annulaire évidée 130 qui est ventilée. L'intérieur du logement est alors alimenté en fluide hydraulique pressurisé pour provoquer l'extension de l'enveloppe vers l'extérieur, d'où une légère augmentation de son diamètre intérieur.Le rotor assemblé est placé sur un piston hydraulique 140 qui s'étend dans le logement et qui présente une plaque en une pièce 142 fixant le rotor assemblé au piston et a pour effet que le rotor assemblé est entraîné dans l'enveloppe étendue lorsque le piston est déplacé dans le logement pressurisé. Le diamètre initial de l'enveloppe, la quantité avec laquelle ce diamètre est étendu, et le diamètre extérieur hors-tout du rotor assemblé doivent être contrôlés avec soin pour assurer un ajustage uniforme entre le rotor assemblé et l'enveloppe environnante.

Chacune de ces techniques pour l'installation d'une enveloppe de retenue sur un noyau et les éléments magnétiques environnants comporte des limitations et des inconvénients. Tout d'abord il faut des opérations séparées de coulage et d'usinage, qui sont coûteuses, prennent du.

temps, et sont éventuellement néfastes aux éléments magnétiques. On pense également que ce procédé nécessite initialement une enveloppe ayant une épaisseur de paroi relativement élevée à cause, au moins en partie, des conditions entourant l'opération de coulage sous pression. On pense qu'une opération d'usinage est nécessaire pour réduire l'épais-seur de la paroi de l'enveloppe sur le rotor fini afin d'éviter une diminution relativement élevée du rendement.

La seconde technique (thermorétrécissement) est également potentiellement néfaste pour les éléments magnétiq-ues car la chaleur à laquelle ils sont soumis par leur contact avec l t enveloppe chauffée peut provoquer des fendillements et des écornures. De plus r la valeur de la dilatation qu'on peut obtenir en chauffant l'enveloppe est imitée. Par exemple, une enveloppe ayant un rotor de 75 mm de diamètre se dilatera d'environ 0,4 mm lorsqu'il est chauffé. En conséquence, l'étape d'usinage que nécessitent les brevets nO 4549341 et 4625135 -(ou des mesures -similaires) est indispensable pour assurer qu'un ajustement serré sera obtenu lorsqu'une enveloppe extérieure chauffée est soumise a un refroidissement après montage sur un rotor assemblé Les opérations d'usinage du type décrit dans les deux brevets ci-dessus ne sont généralement pas pratiques lorsqu'on utilise des éléments magnétiques en ferrite ou autre céramique, car ces matériaux sont très chers à usiner et à découper. En outre, les matériaux et techniques utilisés dans la fabrique des aimants en céramique conduisent à des variations relativement grandes des tolérances dimensionnelles.Par exemple, les éléments magnétiques en ferrite-de la taille qu'on pour rait généralement utiliser avec un rotor de 75 mm de diamètre peuvent varier de 0,5 mm en matière d'épaisseur. Cela signifie que le diamètre hors-tout du noyau et des éléments magnetiques environnants peut varier jusqu'à 1 mm. Ainsi, ce type d'élément ne peut être utilisé de façon régulière avec le procédé d'assemblage par thermorétrécissement qu'on a discuté ci-dessus à cause des limitations dimensionnelles inhérentes à ce procédé. Bien que la technique de la dilatation hydraulique évite l'éventuel endommagement des aimants, laquelle est inhérente au procédé à thermorétrécissement, cette technique ne traite pas des problèmes associés aux variations dimensionnelles des éléments magnétiques et du noyau.

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour fabriquer un rotor à aimants permanents qui présentent un maintien optimum des éléments magnétiques, un faible coût de fabrication, et une grande facilité de construction.

La présente invention a pour autre objet un procédé et un dispositif pour fabriquer un rotor à aimants permanents qui soient hautement tolérants vis à vis des tolérances "non serrées", et qui assurent un joint à ajustement serré entre une multitude d'éléments aimantables et une enveloppe de maintien malgré les variations relativement grandes de telles tolérances.

La présente invention a pour autre objet une structure de rotor qui soit extrêmement durable, facile à fabriquer et relativement peu coûteuse.

La présente invention a encore pour objet un dispositif de montage précis qui maintienne le noyau de l'induit et les éléments magnétiques environnants d'équerre et centrés par rapport à la boîte ou enveloppe de maintien, et qui permette d'appliquer une pression uniforme au bord fin de l'enveloppe pour que celle-ci puisse être déformée plastiquement et élastiquement alors qu'elle est comprimée à froid sur le noyau et les éléments magnétiques.

Ces objets et d'autres objets de la présente invention peuvent être atteints dans un procédé de fabrication d'un rotor a aimants permanents du type décrit dans les dessins qui comprend les étapes consistant à mettre en place une multitude d'éléments aimantables autour d'un noyau et à maintenir temporairement les éléments en position, à aligner axialement le noyau et les éléments aimantables environnants avec l'enveloppe de maintien, et à comprimer à froid l'enveloppe sur le noyau et les éléments aimantables de manière à maintenir définitivement les éléments aimantables en position autour du noyau.

On remarquera à -ce. stade que l'expression "éléments aimantables" telle qu-'elle est utilisée dans ce présent mémoire concerne des éléments qui sont aimantés; ou qui peuvent l'être, et a pour objet spécifique d'inclure des éléments tels que des éléments magnétiques 22 dont il est question ci-dessous, et leurs équivalents fonctionnels, que de tels éléments soient ou non à l'état "aimanté". Il -est plus particulièrement envisagé que, dans certaines. conditions, il puisse s'avérer souhaitable d'assembler des rotors selon la présente invention en utilisant des éléments aimantables se trouvant à l'état "aimanté" avant ou au moment du montage. D'autre part, il peut être également avantageux d'assembler un rotor utilisant des éléments aimantables qui ne sont pas aimantés, et de les aimanter ensuite avant l'utilisation réelle du rotor.

Dans un mode de réalisation de l'invention, le rotor à aimants permanents comporte une couche adhésive entre le noyau et les éléments aimantables environnants, et un procédé comprend l'étape supplémentaire consistant à appliquer la couche d'adhési avant de placer les éléments aimantables autour du noyau Dans un autre mode de réalisaI tion de l'invention, le rotor comporte en outre au moins une plaque d'extrémité qui est placée à proximité d'au moins une extrémité du noyau et des éléments aimantables environnants.

Une couche d'adhésif peut être disposée entre la plaque d'extrémité et l'extrémité du noyau et des éléments aimantables.

Dans un autre mode de réalisation de l'invention ayant la préférence, l'étape consistant à placer les éléments aimantables autour du noyau comporte l'étape supple- mentaire de mise en place des éléments aimantables de façon qu'ils assurent un espacement radial sensiblement égal entre des éléments adjacents, et l'étape consistant à maintenir temporairement les éléments aimantables en position autour du noyau comprend la fixation de chaque élément en position contre le noyau. L'étape consistant à comprimer à froid l'enveloppe de maintien sur le noyau et les éléments aimantables environnants comprend en outre l'application d'une force répartie de manière sensiblement uniforme à une surface du bord pratiquement continue de l'enveloppe de manière à déformer plastiquement et élastiquement cette derniere pour montage sur les éléments aimantables.

Le procédé de la présente invention est de préférence exécuté dans une presse qui présente un axe de travail (c'est-à-dire l'axe suivant lequel agit la force développée par la presse) dans laquelle on monte le noyau d'induit de façon que son axe soit pratiquement parallèle à l'axe de travail de la presse. Le noyau est monté sur un boulon qui comporte une première extrémité, une seconde extrémité et une queue de connexion. La première extrémité du boulon est disposée à un endroit contigu à la première extrémité du noyau et est reçue par accouplement dans un dispositif de montage de la presse. La queue du boulon est disposée à l'intérieur de l'alésage central du noyau, et la seconde extrémité du boulon est placée à un endroit contigu à la seconde extrémité du noyau.Le dispositif comprend en outre un moyen de guidage qui est monté sur la seconde extrémité du boulon et qui est conçu pour recevoir l'enveloppe de maintien et pour aligner celle-ci avec le boulon, le noyau, et une multitude d'éléments aimantables environnants. Le dispositif comprend en outre un dispositif-de montage qui est fixé à un élément actif de la presse et qui présente un alésage interne ayant un diamètre sensiblement égal au diamètre intérieur de l'enveloppe. Le dispositif de montage comporte une surface de bord tranchante contiguë à l'alésage pour venue en contact avec la surface de bord continue- de l'enveloppe et pour application d'une force sensiblement uniforme à la surface de bord de l'enveloppe. Le bord supérieur du moyen de guidage présente un chanfrein de manière à faciliter le passage du bord tranchant du dispositif de montage sur le corps du moyen de guidage.

Un aspect supplémentaire d'un mode de réalisation de la présente invention réside dans le dispositif permettant de mettre en place les éléments magnétiques en relation espacée les uns des autres autour du noyau. Ce dispositif comprend une multitude dé jauges montées sur un dispositif de fixation qui est placé dans la presse a un endroit contigu au noyau et aux éléments magnétiques l'entourant.

Les jauges sont mobiles radialement vers l'intérieur et vers l'extérieur de manière à se-rapprocher et à s'éloigner du noyau et-des éléments. On-a prévu un mécanisme pour amener les jauges en position entre des éléments magnétiques adjacents afin d'ajuster et de jauger l'espacement séparant les éléments. Dans un mode de réalisation ayant plus particulièrement la préférence,- les jauges ont des extrémités en forme de cale de manière à déplacer et à ajuster des éléments adjacents, et se déplacent simultanément sous l'effet d'un dispositif de réglage. Ce dispositif de réglage comporte un anneau qui présente une multitude de fentes généralement circonférentielles. Les cotés opposés des fentes se comportent comme des surfaces à came qui agissent mutuellement avec un rouleau monté sur chaque~jauge, de sorte que lors de la rotation de l'anneau, le rouleau et la surface à came agissent mutuellement pour déplacer la jauge vers l'intérieur ou vers l'extérieur conformément au sens de rotation de l'anneau et des contours des surfaces à came.

Un autre aspect de la présente. invention concerne le moyen permettant de fixer temporairement les éléments magnétiques en relation espacée autour du noyau. Ce dispositif comporte de préférence une multitude d'attaches, chaque attache étant disposée à un endroit contigu à un élément magnétique respectif. Chaque attache présente une partie d'extrémité pour venue en contact avec l'élément magnétique adjacent, un moyen pour amener la partie d'extrémité en contact avec l'élément magnétique, et un moyen pour bloquer de manière amovible la partie d'extrémité dans la position engagée. La partie d'extrémité de chaque attache comporte de préférence un élément élastique (par exemple en caoutchouc spongieux) pour venue en contact par compression avec l'élément magnétique adjacent lorsque la partie d'extrémité est amenée dans la position d'engagement.

Un autre aspect du dispositif de la présente invention concerne l'utilisation d'une multitude de matrices pour déformer par incrément et plastiquement le bord de l'enveloppe vers l'intérieur dans la direction de l'axe de l'enveloppe après positionnement de cette dernière sur le noyau et les éléments magnétiques environnants. Dans un mode de réalisation d'un dispositif de sertissage, une première matrice déforme le bord de l'enveloppe sur un angle d'environ 300, une seconde matrice déforme en outre le bord suivant un angle d'environ 600, une troisième matrice déforme le bord suivant un angle d'environ 900. La troisième matrice comporte de préférence un élément rapporté en matériau dit Teflon qui entoure une extrémité de l'enveloppe métallique pendant l'opération de sertissage.

Un autre aspect de la présente invention concerne le rotor qui est fabriqué par le procédé et le dispositif décrits ci-dessus et ci-dessous. L'utilisation de ce procédé et de ce dispositif permet de construire un rotor qui comporte une enveloppe de maintien placée autour des éléments aimantables, qui tolère les variations dimensionnelles des composants, et qui assure néanmoins un montage uniforme de la enveloppe -sur le noyau et les éléments aimantables. Dans les techniques d'extension hydraulique et de thermorétrécissement de l'art antérieur qu'on a discutées ci-dessus, les variations dimensionnelles du diamètre du noyau et de l'épaisseur des éléments magnétiques doivent être contrôlées d'une manière relativement exacte afin d'assurer un ajustement avec serrage, uniforme, entre les composants du rotor.

Cependant, dans la présente invention, l'enveloppe de maintien se déforme autour du noyau et des éléments aimantables environnants qui agissent en mandrin pour déformer l'enveloppe dans l'étendue nécessaire pour assurer un aaus- tement uniforme. Le diamètre initial de l'enveloppe est légèrement inférieur au diamètre hors-tout le plus petit qui soit attendu pour le noyau et les éléments aimantables. La quantité avec laquelle le-diamètre intérieur de. l'enveloppe peut être déformée est limitée par les caractéristiques d'allongement du matériau.Pour l'acier inoxydable qu'on utilise de préférence, la caractéristique d'allongement et la- limite de déformation "supérieure" associée dépassent largement la variation des tolérances qu 'on peut attendre dans le noyau d'induit et les éléments aimantables. Cela permet l'utilisation d'éléments aimantables en céramique relativement peu coûteux qui, dans un élément ayant une épaisseur comprise entre 10 et 12 mm, peu-vent avoir une tolérance de 0,5 mm ou plus (c'est-à-dire 5 % ou plus). Les variations obtenues dans le diamètre hors-tout du noyau et des éléments aimantables ne peuvent être acceptées par les procédés de dilatation hydraulique et de thermorétrécissement qu'on a décrits ci-dessus.

La suite de la description se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement
Figure 1, une vue en perspective. d'un rotor à aimants permanents selon un mode de réalisation de la présente invention
Figure 2, une vue éclatée du rotor de la figure 1;
Figure 3, une vue partielle en coupe du rotor de la figure 1 ;;
Figure 4, une vue éclatée d'une partie du dispositif qu'on emploie pour assembler le rotor de la figure 1
Figure 5, une vue partielle de côté du dispositif employé pour assembler le rotor de la figure 1
Figures 6(a), 6(b) et 6(c), l'opération de compression à froid d'une enveloppe sur un sous-ensemble des composants du rotor selon un procédé et un dispositif d'un mode de réalisation de la présente invention
Figure 7, une vue détaillée d'une partie de la figure 6(b)
Figure 8(a)-8(f), une opération de sertissage de l'enveloppe et du rotor représentés en figures 6(a), 6(b) et 6(c)
Figure 9(a), 9(b), des vues de dessus et de côté, respectivement, des modes de réalisation préférés des dispositifs d'espacement et fixation employés dans un mode de réalisation de l'invention
Figure 10, le dispositif de la figure 9(a) avec le dispositif d'espacement dans une seconde position de fonctionnement
Figures 11(a) et 11(b), des vues de dessuset de côté, respectivement, du dispositif des figures 9(a) et 9(b), avec le dispositif d'espacement et de fixation dans des secondes positions de fonctionnement.

La figure 1 représente une vue en perspective d'un rotor 10 à aimants permanents fabriqué avec le dispositif et les procédés selon un mode de réalisation de la présente invention. Le rotor 10 comprend (en plus des composants qui ne sont pas visibles en figure 1) un noyau d'induit 12, une plaque d'extrémité 14 et une enveloppe extérieure 16. On discutera plus en détails ces composants ainsi que d'autres composants en liaison avec les autres figures. Pour simplifier, on emploie les- memes numéros de référence pour des composants - identiques.

La figure 2 est une vue éclatée du rotor 10 à aimants permanents. Le noyau d'induit 12 est représenté sous la forme d'un noyau cylindrique, massif, ayant un alésage longitudinal 18 qui s'étend suivant son axe 20. Bien que l'on décrive le noyau 12 comme étant en métal massif, on peut également employer une structure feùilletée, laquelle peut avoir la préférence dans des applications particulières.

Contigus au noyau 12 se trouvent des éléments magnétiques 22 qui, dans le mode de réalisation illustre, sont des éléments en céramique ayant la même forme en arc.

Comme on l'a indiqué ci-dessus, on peut aussi caractériser les - éléments 22 comme des éléments aimantables car,- au moment de l'assemblage dans le rotor, ils peuvent ou non être à l'état aimanté. Le rayon de courbure de la surface intérieure 24 de chaque élément est approximativement identique à celui de la surface extérieure 26 noyau, de sorte que chaque élément 22 se montre contre le noyau 12 lorsque le rotor 10 est complètement assemblé. On remarquera que les éléments magnétiques en céramique sont des pièces sans pré -cision en ce sens que les tolérances associées à leurs cotes sont sujettes à des variations considérables. Par exemple, un élément magnétique qu'on a utilisé pour construire un rotor selon la présente invention a une épaisseur nominale de la paroi de 10,7 mm, une tolérance pour le rayon intérieur de + 0,13 mm, et une tolérance pour le rayon extérieur de + 0,13 mm (c'est-à-dire une tolérance hors-tout de 0,5 mm). Cela est dû en grande partie au mode de fabrication des éléments, et à la difficulté de l'usinage, du meulage, ou de la finition des pièces pour maintenir des tolérances plus étroites. Au moins une extrémité des éléments magnétiques 22 présente un chanfrein 28 sur leur bord extérieur de manière à aider à l'assemblage, comme on le décrira en détails cidessous.

En figure 2, on a également représenté les plaques supérieure et inférieure d'extrémité 14 et 30. Dans le mode de réalisation illustré et discuté dans le présent mémoire, les plaques 14 et 30 sont des anneaux ou rondelles en aluminium présentant un rayon extérieur 32 et un rayon intérieur 34. Pour des raisons qui. apparaîtront à la discussion suivante, le rayon extérieur 32 est de préférence égal ou légèrement inférieur au rayon minimum combiné hors-tout du noyau 12 et des éléments magnétiques 22 (tel qu'il est mesuré à l'état assemblé). Le rayon intérieur 34 est de préférence supérieur au rayon de l'alésage 18 ménagé dans le noyau 12, et de préférence. inférieur au rayon de courbure de la surface 24 de l'élément magnétique 22, tel qu'il est mesuré à partir de l'axe 20 lorsque le rotor 10 est complètement assemblé.Une fonction des plaques d'extrémité 14 et 30 est d'éviter que des morceaux de l'aimant en céramique ne contaminent l'intérieur d'un moteur en cas de fendillement des éléments 22 pendant leur ùtilisation. Les anneaux 14 et 30 servent également à maintenir un élément magnétique fendillé dans la position de fonctionnement, et dans le mode de réalisation illustré, empêchent tout mouvement axial des éléments magnétiques 22 par rapport au noyau 12. Cependant, on remarquera que, bien que ces facteurs constituent des caractéristiques importantes de la réalisation de certains moteurs, on peut omettre les plaques d'extrémité dans d'autres moteurs construits selon le dispositif et le procédé de la présente invention.

L'autre composant du rotor 10, comme cela est illustré en figure 2, est l'enveloppe 16. L'enveloppe 16 est de préférence en matériau amagnétique, par exemple en tube d'acier inoxydable 304. L'épaisseur de la paroi de l'enveloppe 16 est de préférence infériéure à 0,5 mm, des résultats satisfaisants ayant eté obtenus avec des épaisseurs de 0,2 et 0,3 mm. On pense qu on peut utiliser une épaisseur de 0,15 mm pour la paroi et, éventueilement, de 0,10 mm. En -général, une diminution de -l'épaisseur de la paroi se traduit par la réduction des pertes dues aux cou- rants de Foucault circulant dans l'enveloppe et la possibilité de réduire les dimensions de l'entrefer entre le rotor et le stator lorsqu'on utilise une enveloppe à paroi fine.

Cependant, le matériau particulier utilisé dans la réalisation de l'enveloppe et la résistance de rétention souhaitée constituent d'autres facteurs qu'on doit-prendre en considération. Une réalisation réussie pour une application particulière résulte d'un compromis entre les pertes magnétiques tolérables, la résistance de rétention désirée pour les aimants, le coût, la disponibilité, et- l'aptitude au travail des divers matériaux et des configurations dimen- sionnelles, et d'autres facteurs afin d'obtenir une conception optimale pour l'application particulière.

Le diamètre initial 36 (c'est-à-dire avant assemblage) de l'enveloppe 16 est légèrement inférieur au diamètre minimum combiné du noyau 1 2 et - des éléments magnétiques 22 lorsque ces derniers -spnt dans leurs positions respectives d'assemblage. L'enveloppe 16 comporte une surface de bord continue 38 qui est axialement opposée au noyau 12 à l'état non-assemblé, mais qui peut être ensuite sertie vers l'intérieur dans la direction de l'axe 20 du noyau et de l'enveloppe 16 après le montage final, comme on le discute ci-après en liaison avec les figures 8(a) à 8(f).Alors que le sertissage du bord de l'enveloppe 16 est généralement souhaité dans le mode de réalisation de l'invention illustré dans les dessins r on remarquera que cette caractéristique peut ne pas être souhaitable dans d'autres applications ét peut donc être omise. Comme on le.discute plus en détail cidessous, le montage du noyau 12, des éléments magnétiques 22 et de l'enveloppe 16 implique la déformation plastique de l'enveloppe 16 sur le noyau 12 et les éléments magnétiques 22 de manière à maintenir ces derniers en position à un endroit contigu au noyau 12
La figure 3 représente une vue partielle en coupé du rotor 10 après l'assemblage final.Comme on peut le voir dans cette figure, les longueurs respectives des éléments magnétiques 22 sont inférieures à celles du noyau 12, se traduisant par la formation d'un interstice 40 à l'extrémité de l'ensemble. L'interstice 40 variera en fonction de la valeur des tolérances combinées de la longueur du noyau 12 et des éléments magnétiques 22. Si on utilise une construction avec un noyau massif, les tolérances du noyau 12 peu- vent être contrôlées d'une manière relativement aisée.

Cependant, les tolérances des éléments magnétiques 22 ne sont pas faciles à contrôler et la longueur de ces éléments peut varier jusqu'à 3,2 mm pour des éléments de 100 à 150 mm de long. En général, on souhaite que la plaque d'extrémité 14 repose sur l'extrémité relativement régulière du noyau 42 au lieu des surfaces d'extrémité relativement rugueuses et imprécises des éléments magnétiques 22. En conséquence, on dimensionne généralement le noyau 12 pour que sa longueur hors-tout soit toujours supérieure ou égale à la longueur hors-tout des éléments magnétiques 22 lorsque les tolérances respectives atteignent leurs extrêmes, se traduisant par un interstice 40 qui variera de 0,0 à 3,2 mm ou plus.On remarquera également que, alors que les tolérances du noyau sont relativement faciles à maintenir lorsqu'on emploie une construction à noyau massif, cela n'est pas nécessairement vrai avec une structure de noyau feuilletée dans laquelle il se produira normalement des variations plus grandes des tolérances.

L'interstice 40 est de préférence rempli d'un adhésif 42, tel que 1 'époxy dit EPON 828 avant l'assemblage final. On peut utiliser d'autres adhésifs dans la mesure où ils sont appropriés à ltenvironnement dans lequel on emploiera le rotor. Par exemple, pour des rotors employés dans des appareils de réfrigération, l'adhésif choisi doit être compatible avec les fluides auxquels le rotor sera exposé. L'adhésif peut également être prévu en 44 encre le noyau 12 et les éléments magnétiques 22, et en 46 entre la plaque d'extrémité 30 et les extrémités adjacentes du noyau 12 et des éléments magnétiques 22.

La figure 4 est une vue éclatée d'une partie du dispositif utilisé pour l'assemblage du rotor des figures 1 à 3. L'ensemble de la figure 4 comprend un dispositif supérieur de montage 48 destiné à être fixé a une presse ou à un système analogue (non représenté) afin d'exercer une force linéaire F sur les composants du rotor 10. Le dispositif de montage 48 'comporte un alésage intérieur 50 ayant un diamètre qui est sensiblement égal au diamètre intérieur initial 36 de l'enveloppe 16. Un bord 52 de la surface 54 immédiatement contiguë à l'alésage 50 est plus spécialement destiné à venir en contact avec le bord 38 de l'enveloppe 16 de sorte qùe la force F peut être appliquée uniformément à l'enveloppe 16 au droit du bord 38.

En figure 4 on a également représenté un dispositif inférieur de montage 56- destiné à être installé, suivant le même axe que le.dispositif 48, sur la presse ou dispositif analogue. On a également représenté un ensemble 58 à boulon qui sert à supporter le noyau 12- et les plaques d'extrémité 14 et 30 pendant le processus d'assemblage.

L'ensemble 58 présente une première extrémité ou tête 60 qui comporte des méplats 62 pour clé-et qui présente une partie 64 destinée à être reçue dans une partie 66 du dispositif inférieur de montage 56. Le dispositif 56 comporte en outre un axe d'alignement 68 qui est reçu dans un trouve 70 ménagé dans la première extrémité 60 de l'ensemble 58. La première extrémité 60 comporte également un axe d'alignement 72 qui s'introduit dans un trou 74 (figure 3) pratiqué dans l'extrémité du rotor 12. La première extrémité 60 comporte en outre une surface horizontale 76 et une surface verticale 78 qui assurent ensemble un support axial et latéral pour la plaque d'extrémité 30. La première extrémité 60 comporte encore une partie allongée 80 destinée à être reçue dans l'alésage 18 du noyau 12.

L'ensemble à boulon 58 comprend en outre une queue 82 qui peut être une tige filetée ou partiellement filetée.

La queue 82 s'étend dans le noyau 12 et les plaques d'extrémité 14 et 30, et dans une seconde extrémité 84 de l'ensemble 58. La seconde extrémité 84 comporte une partie 86 destinée à être reçue à l'intérieur de l'alésage 18 du noyau 12, et une surface horizontale 88 et une surface verticale 90 qui sont en contact d'accouplement avec les surfaces supérieure et intérieure 92 et 94, respectivement, de la plaque d'extrémité 14. La seconde extrémité 84 est fixée à la queue 82 par une rondelle 96 et un écrou 98.

En figure 4 on a également représenté un guide 100 pour l'enveloppe. Le guide 100 est un dispositif généralement cylindrique ayant un diamètre extérieur 102 qui est légèrement inférieur au diamètre intérieur initial 36 de 1-enveloppe 16 de sorte que cette dernière se montera sur le guide 100 par ajustage à frottement doux. Le guide 100 présente un diamètre intérieur 104 qui est sensiblement égal ou légèrement supérieur à celui de la partie 106 de la seconde extrémité 84 de l'ensemble 58. Lorsque la partie 106 de la seconde extrémité 84 est placée dans le guide 100,-comme cela est représenté en figures 5 et 6(a) et 6(c), et que l'enveloppe 16 est mise en place sur le guide 100, on obtient un alignement précis de l'axe de l'enveloppe 16 et de celui du noyau 12.Le guide 100 présente en outre un léger chanfrein 108 sur son extrémité supérieure de maniere à faciliter le placement de l'enveloppe 16 sur son dessus, et à faciliter l'entrée du guide 100 dans l'alésage 50 du dispositif de montage 48.

La figuré 5 représente le dispositif de la figure 4 avec l'ensemble à boulon 58 dans l'état d'assemblage complet, lemoyen de guidage 100 étant placé sur la partie 106 de la seconde extrémité 84 de l'ensemble 58, et l'enveloppe de retenue 16 étant disposée sur le guide 100. En figure 5, on a également représenté une partie d'un dispositif 110 d'espacement des éléments magnétiques, et une partie d'un dispositif 112 de.fixation des éléments magnétiques. Le dispositif d'espacement 110 sert à simultanément mettre en place et jauger l'espacement entre les éléments magnétiques 22 de façon à les répartir uniformément autour du noyau 12.

Le dispositif de fixation 112 sert à assujettir temporairement les éléments magnétiques 22 en position après leur espacement par le dispositif 110- et avant la compression de l'enveloppe 16 sur les éléments-22. On discutera, en liaison avec les figures 9(a), 9(b), 10, 11(a) et 11(b) la structure et le fonctionnement du dispositif d'espacement 110 et du dispositif de fixation 112.

Les figures 6(a), 6(b). et 6(c) représentent l'opération de compression à froid de l'enveloppe 16 sur le sous-ensèmble constitué du noyau 12, des éléments magnétiques environnants 22 et des plaques d'~extrémité 14 et 30.

Pour simplifier et rendre la discussion plus claire, on a omis dans les figures 6(a), 6(b) et. 6(c) le dispositif d'espacement 110 et le dispositif de fixation 112. De plus, la plupart des références utilisées precédemment dans la discussion ci-dessus ne sont pas reprises-dans ces figures.

La figure 6(a) représente le noyau 12, les plaques d'extrémité 14 et 30, et les éléments magnétiques 22 montés sur l'ensemble à boulon 58, et l'ensemble 58 mis en place dans le dispositif inférieur de montage 56. Le guide 100 est placé sur la partie 106 de la seconde extrémité 84 de l'ensemble 58, et l'enveloppe 16 est montée sur le guide 100. Le dispositif supérieur de montage 48 est représenté aussitôt après l'application de la force F, et avant Le contact entre la surface 52 et le bord 38 de ltenveloppe 16.

On remarquera que le bord 52 du dispositif 48 est plus spe- cifiquement conçu pour être tranchant et bien défini de manière- à assurer un contact maximum avec le bord 38 de 1'enveloppe 16. De plus, le contour du bord 52 est conçu pour être adapté aussi étroitement que possible au contour du bord 38. Dans le mode de réalisation préféré qui est illustré, les contours des deux surfaces sont essentiellement plats et se trouvent dans des plans pratiquement perpendiculaires à l'axe 114, lequel est en alignement avec l'axe 20 du noyau 12 (figure 2).

La figure 6(b) représente les positions relatives des composants lorsqu'ils se trouvent approximativement à mi-distance pendant l'opération de compression à froid dans laquelle l'enveloppe 16 est déformée plastiquement sur le noyau 12 et les éléments magnétiques environnants 22. On remarquera à ce stade que le chanfrein 28 des bords supérieurs des éléments 22 (figure 2) a ppur but de faciliter le processus de déformation plastique de l'enveloppe 16 sur les éléments 22. A titre de variante, la partie inférieure de l'enveloppe 16 (c'est-à-dire la partie qui vient d'abord en contact avec les éléments magnétiques 22) peut être légèrement évasée de manière à faciliter son montage initial autour du diamètre combiné du noyau 12 et des éléments magnétiques 22.

La figure 7 est une vue agrandie de la zone A dans laquelle la déformation plastique de l'enveloppe 16 est des plus apparentes. Comme on peut le voir dans cette figure, le noyau 12 et les éléments magnétiques 22 agissent en mandrin pour déformer plastiquement et reformer l'enveloppe 16 afin de constituer ultérieurement la surface extérieure du. rotor.

En plus de la déformation plastique se produisant dans la zone A, une certaine déformation élastique de l'enveloppe 16 a également lieu de sorte qu'elle se trouve dans un état de tension lorsque l'assemblage est achevé et exerce une force sur les éléments magnétiques .22 dirigée vers l'intérieur.

L'étendue de la déformation de l'enveloppe 16, dans certains modes de réalisation de.l'invention, est telle qu'on peut observer les bords, défauts de surface, et autres -caracté- ristiques des éléments magnétiques 22 (par exemple, visuellement, par toucher, etc.) en examinant la surface extérieure de l'enveloppe 16 à la suite de l'assemblage final du rotor.

La figure 6 .représente l'ensemble à. l'issue de l'opération de compression froid et de l'élimination de la force F. Comme on peut voir dans cette figure, les extré- mités 118 et 120 de I'enveloppe 16 s'étendent au-dessus et au-dessous, respectivement, des plaques d'extrémité 14 et 30 pour des raisons qu'on discutera ci-dessous en liaison avec les figures 8.(a)-8(f). Dans d'autres applications, il peut être souhaitable d'éliminer les extrémités 118 et 120 de l'enveloppe 16 en, par exemple, diminuant la longueur horstout de l'enveloppe, de sorte que les opérations discutées en liaison avec les figures 8(a)-8(f) sont inutiles.Dans de telles applications, les plaques d ' d'extrémité (en cas d'emploi) peuvent être maintenues en place pàr un ajustement avec serrage entre les surfaces des bords des plaques d'extrémité et la surface intérieure de l'enveloppe 16, ou par des adhésifs ou autres moyens appropriés-. En variante, on peut omettre totalement les plaques d'extrémité.

A ce stade-du fonctionnement, le dispositif supérieur de montage 48 est élevé, le guide 100 enlevé, et l'ensemble 58, avec le noyau 12, les plaques d'extrémité 14 et 30, les éléments magnétiques 22 et l'enveloppe 16 -en place, est extrait du dispositif inférieur de montage 56. On remarquera que lorsqu'on utilise une résine époxy entre le noyau 12 et les plaques d'extrémité 14 et 30 ou les éléments magnétiques 22, comme on l'a décrit ci-dessus, il faut une durée d'environ 24 heures pour durcir l'adhésif, en fonction du type utilisé, des rapports de mélange employés, des conditions de l'environnement, etc.Cependant, l'assemblage ultérieur, l'expédition, et les autres opérations peuvent se poursuivre pendant cette durée alors que l'enveloppe 16 agit en "attache" pour maintenir solidement ensemble les composants assemblés jusqu'a ce qu'il y ait durcissement de l'adhésif
Les figures 8(a)-8(f) représentent l'opération finale dans le procédé de la présente invention. Cette ope- ration finale est une opération de sertissage dans laquelle l'extrémité en prolongement 118 est déformée vers l'intérieur pour recouvrir la plaque d'extrémité 14. Cette opération est de préférence conduite par étapes incrémentielles et, dans un procédé ayant plus particulièrement la préférence, est effectuée au cours de trois étapes. Ces étapes impliquent l'utilisation de dispositifs de sertissage 122, 124 et 126, comme on le décrit ci-dessous.On peut employer d'autres procédés, tels que le formage par rouleau, pour déformer l'extrémité 118 selon la manière désirée.

La première de ces étapes est illustrée en figures 8(a) et 8(b). Le dispositif de sertissage 122 présente un alésage intérieur 127 qui comporte une première partie 128 ayant un diamètre intérieur en 128 qui est sensiblement égal ou légèrement supérieur au diamètre extérieur maximum du rotor 10. Une partie intérieure 130 de l'alésage 127 présente un diamètre allant en se rétrécissant qui, dans le mode de réalisation préféré qui est représenté, est conique suivant un angle d'environ 300. En liaison avec la figure 8(b), l'application d'une force F1 au dispositif de sertissage 122 se traduit par le sertissage vers l'intérieur de l'extrémité 118 dans la direction de l'axe du rotor suivant une quantité égale à l'angle désiré (c'est-à-dire environ 300).

La seconde étape de l'opération de sertissage est représentée en figures 8(b) et 8(d). Le dispositif de sertissage 124 comporte un alésage 132 semblable à l'alésage 127, à l'exception du fait que la partie conique 134 du dispositif 124 l'est à un angle d'environ 600. Lorsqu'une force
F2 est appliquée au dispositif 124, l'extrémité 118, qui a été déformée antérieurement vers l'intérieur par le dispositif 1-22, se déforme davantage comme cela est illustré en figure 8(d).

L'étape- finale de l'opération de sertissage est illustrée en figures 8(e) et 8(f). Le dispositif de sertissage 126 est différent des,dispositifs 122 et 124 en ce sens qu'il n incorpore pas une partie conique pour déformer davantage l'extrémité 118. Au contraire, le-dispositif 126 a une surface 136 pratiquement plate qui aplatit sensiblement l'extrémité 118 lors de l'application d'une force F3, comme cela est illustré en figure 8(f). En outre, le dispositif 126 comporte un élément rapporté 138 en Teflon qui est immédiatement contigu à l'enveloppe 16 lorsque l'outil de ser tissage -126 se trouve dans la position représentée en figure 8(f).Le diamètre intérieur de l'élément rapporté 138 est dimensionné de façon à être légèrement plus petit que le diamètre extérieur maximum du rotor 10 de sorte~qulun ajustage serré peut s'avérer nécessaire pour engager le dispositif 126 sur l'extrémité du rotor. On a constaté que la pre- sence de l'élément rapporté 138 dans le dispositif de sertissage 126 assure que l'enveloppe 16 est maintenue pendant l'étape finale de l'opération de sertissage de sorte que toute formation d'un ventre sur le diamètre extérieur de l'enveloppe .16 pouvant être provoquée par le sertissage ne dépassera pas le diamètre extérieur hors-tout maximum du rotor. L'utilisation de l'élément rapporté 138 a en outre pour effet d'éviter le calage de l'enveloppe 16 dans le dispositif 126 lorsque la force F3 est appliquée pour achever l'opération de sertissage. On doit également rémarquer qu on préfère- généralement sertir les deux extrémités 118 et 120 de l'enveloppe 16 de façon simultanée avant d'enlever le rotor 10 de 1 t ensemble 58. On sertit simultanément les extrémités de manière à éviter un déplacement axial éventuel des éléments magnétiques 16 et de l'enveloppe 26 sous l'effet des forces F1, F2 ou F3.L'opération de sertissage est de préférence exécutée avant d'enlever le rotor 10 de l'ensemble 58 car la première extrémité 60 et la seconde extrémité 84 de l'ensemble 58 assurent le support des plaques d'extrémité 14 et 30 pendant llopération de sertissage. Cela est particulièrement important dans le cas de la plaque 14 car, par suite - de l'existence éventuelle de l'interstice 40, cette plaque pourrait se déplacer pendant l'opération de sertissage si adhésif ne se trouvait pas à l'état durci.

En liaison maintenant avec les figures 9(a), 9(b), 10, 11(a) et 11(b), on discutera maintenant la structure et le fonctionnement du dispositif d'espacement 110 et du dispositif de sertissage 112. La figure 9(a) est une vue de dessus du noyau 12, des éléments magnétiques environnants 22, du dispositif d'espacement 110, et de trois dispositifs de sertissage 112. En figure 9(b), on a représenté le noyau 12, les éléments magnétiques 22 et les plaques d'extrémité 14 et 30 en même temps que l'ensemble à boulon 58 placés dans le dispositif de montage 56, qui est fixé à une presse ou à un dispositif analogue (non représenté). Une vue de côté de l'ensemble de la figure 9(a) est donnée en figure 9(b). Pour rendre les figures plus claires, l'ensemble à boulon 58 et la plaque d'extrémité 14, qui sont représentés en figure 9(b), ne le sont pas dans la vue de dessus de la figure 9(a).

En liaison avec la figure 9(a), on discutera maintenant la structure et le fonctionnement du dispositif d'espacement 110. Le dispositif 110 comprend trois jauges 140 mobiles radialement qui sont espacées les unes des autres à des intervalles de 1200 autour du noyau 12 et des éléments magnétiques 22, lorsque ces composants sont installés dans le dispositif inférieur de montage 56 (voir figure 9(b)). Chaque jauge 140 comprend une extrémité 142 en forme de cale qui est contiguë, mais radialement espacée, des bords en aboutement (ou espacés) des éléments magnétiques adjacents 22.Comme on peut le voir en figure 9(a), les éléments magnétiques 22 sont espacés de manière irrégulière autour du noyau 12, ce qui se traduit par un interstice ou espace anormalement grand entre deux des éléments adjacents 22, et par un petit interstice ou espace, voire par aucun interstice ou espace, entre les autres bords en aboutement.

Si-on achevait le montage du rotor avec cet agencement des espacements, de sérieux déséquilibres pourraient se produire dans le rotor et son fonctionnement pourrait être altéré.

Le dispositif d'espacement 110 comprend en outre un anneau mobile 144 qui présente une multitude de'fentes 146 orientéés généralement circonférentiellement et espacées de la même distance les unes des autres. S'étendant jusque dans chaque fente, un rouleau 148 est fixé via un arbre 150 à une extrémité-de la jauge 140. Le rouleau 148 est. en contact avec des surfaces à came 152 et 154 qui-forment les bords verticaux opposés de la fente 146. La jauge 140 est fixée circonférentiellement en position par un support 156 et n'est mobile que radialement vers l'intérieur et vers l'extérieur, par rapport au-noyau-12 et aux éléments magnétiques 22.

Le dispositif d'espacement 110 comprend en outre une poignée de manoeuvre manuelle 158 et une butée réglable 160 pour la poignée, qui sont utilisées pour actionner le dispositif d'espacement 11.0 comme on le -décrit ci-dessous-.

Bien qu'on ait représenté un dispositif actionné et mû manuellement et qu'on l'ait discuté dans le présent mémoire, le dispositif d'espacement 110 peut être actionné "automati -quement" et alimenté par de l'air; un système hydraulique, un moteur électrique ou tout autre moyen approprié.

En figure 10 on a représenté le fonctionnement du dispositif 110. Dans cette figure, -l'anneau 144 a tourné dans le sens des aiguilles d'une montre sous l'effet d'une force dirigée dans le sens des aiguilles d'une montre et appliquée à la poignée 158. L'anneau 144 et la poignée 158 sont animés d'un mouvement de rotation jusqu a ce que la poignée soit en contact avec la butée réglable 160. Lors de la rotation de l'anneau 144 dans le sens des aiguilles d'une montre, les rouleaux 148 agissent mutuellement avec les surfaces à came respectives 152, déplaçant les jauges 140 radialement vers le noyau 12 et les éléments magnétiques 22.

Les extrémités 142 en forme de cale agissent mutuellement avec les interstices ou les bords en aboutement des éléments magnétiques 22 et repositionnent les éléments 22 pour obtenir un espacement régulier entre les bords d'éléments adjacents. L'espacement est ajusté par l'épaisseur de l'extrémité 142 au point de contact avec les bords des éléments magnétiques 22, et par la valeur du mouvement des jauges 140 dans la direction radiale de l'intérieur. Ce dernier mouvement est contrôlé en ajustant la position de la butée 160. L'utilisation du dispositif 110 tel qu'on vient de le décrire se traduit par un espacement régulier des éléments magnétiques 22 dans des tolérances comprises entre 0,4 et 0,5 mm.Pour déplacer les jauges 140 dans la direction radiale de l'extérieur afin de les éloigner du noyau 12 et des éléments magnétiques 22, on fait tourner la poignée 158 et l'anneau 144 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Cela a pour effet que les rouleaux 148 agissent avec les surfaces à came 154 et se traduit par le mouvement vers l'extérieur des jauges 140 jusqu'aux positions représentées en figure 9(a).

Les figures 9(a), 9(b), 10, 11(a) et 11 (b) repré- sentent également la structure et le fonctionnement des dispositifs de fixation 112. En figure 9(a), les dispositifs de fixation 112 sont régulièrement espaces suivant des angles d'environ 1200, et sont placés d'une façon à peu près régulière à mi-distance entre les jauges 140 du dispositif d'espacement 110. Les dispositifs de fixation 112 sont fixés à un dispositif de montage qui peut être monté- sur une presse ou dispositif analogue par 'des boulons 162. Chaque dispositif de fixation 112 comporte une partie d'extrémité 164 qui est fixée de manière à se déplacer dans la direction radiale de l'intérieur et de l'extérieur sur un arbre 166.

Une extrémité 174 de la partie 164r située immédiatement à l'opposé des éléments magnétiques 22, est constituée d'un matériau .élastique et compressible, par exemple de caoutchouc spongieux. L'arbre 166 est assujetti à un support 168 et est fixé par son extrémité à une poignée de' manoeuvre 170. La poignée 170 est fixée à une biellette 172 qui est assujettie également à une extrémité de l'arbre 166, ce qui a pour effet que l'arbre 166 se déplace radialement vers l'intérieur et vers l'extérieur en réponse au fonctionnement de la poignée 170. La biellette 172 permet aussi à l'arbre 166 d'être bloqué de manière amovible dans la position radialement extrême dirigée vers l'intérieur (c'est-à-dire dans la position d'engagement).

Les figures 9(a)r 9(b) et 10 représentent les dispositifs de fixation 112 dans la position de libération ou désengagée. A la suite de la mise en place des éléments magnétiques 22 par le dispositif d'espacement 110, comme on l'a expliqué ci-dessus en liaison avec les .figures 9(a) et 10, on déplace les poignées 170 des dispositifs de fixation 112 dans le sens inverse desaiguilles,d'une montre (c'està-dire vers le noyau 12 et les éléments magnétiques 22-), ce qui a pour effet que l'arbre 170 se déplace radialement vers l'intérieur, et que l'extrémité élastique 174 de la partie 164 vient en contact avec les éléments magnétiques respectifs 22,.fixant les éléments 22 contre le noyau 22. Cette position (c'est-à-dire la position engagée) est représentée en figure 1f(a) et 11(b). Les 'dispositifs de fixation 112 restent dans la position engagée au cours des étapes ultérieures du procédé décrites en liaison avec les figures 6(a) et 6(b). Lorsque l'enveloppe 16 a avancé jusqu a approximativement la position représentée en figure 6(b), les jauges 140 s'éloignent de l'extérieur du rotor et les dispositifs de fixation 112 sont libérés et amenés dans la position désengagée pour permettre l'achèvement du processus de compression à froid de l'enveloppe 16 sur les éléments magnétiques 22.Ainsi, les dispositifs 112 constituent un moyen permettant d'assujettir temporairement les éléments magnétiques 22 en position contre le noyau 12, jusqu'à ce que l'enveloppe 16 ait avancé suffisamment pour assurer cette fonction. Bien que les dispositifs 112 soient représentés comme étant actionnés manuellement dans le présent mode de réalisation, des dispositifs motorisés (avec ou sans commandes automatiques) peuvent également être employés.

On décrira maintenant un bref résumé de la façon dans laquelle on peut employer le dispositif venant d'être discuté pour construire un rotor à aimants permanents selon la présente invention. Tout d'abord, on place une couche d'adhésif (époxy) sur la circonférence extérieure du noyau d'induit 12 de forme cylindrique. On applique également une couche d'adhésif à la surface de la plaque d'extrémité inférieure 30. On place la plaque d'extrémité sur une extrémité de l'ensemble à boulon 58. On met alors l'extrémité de cet ensemble dans le dispositif de montage 56 qui est installé dans une presse ou dispositif analogue. On place alors le noyau, qui présente un alésage central, sur la queue de l'ensemble à boulon et le met en alignement avec l'axe situé dans l'extrémité du boulon.On aligne l'extrémité de l'ensemble à boulon dans le dispositif de montage d'une façon similaire. Après mise en place de l'extrémité du boulon, de la plaque d'extrémité et du noyau dans le dispositif de montage, on met une multitude d'éléments magnétiques 22 autour du noyau. On emploie alors le dispositif d'espacement 110 pour assurer que les éléments sont espacés uniformément les uns des autres autour du noyau. Le noyau est légèrement plus long que les éléments magnétiques, laissant un petit' espace entre le "sommet" de chacun des éléments et la surface supérieure du noyau. Cet espace est rempli de résine époxy. On place alors une plaque supérieure d'extrémité à un endroit contigu aux extrémités du noyau et - des éléments magnétiques, et positionne la seconde extrémité -du boulon sur sa queue pour assujettir la plaque supérieure d'-extrémité au noyau.On met alors la fine enveloppe 16 en acier inoxydable sur le -guide 100 qui est positionné sur l'extrémité supérieure de l'ensemble à boulon. Le guide met en alignement l'enveloppe avec le noyau et les éléments magnétiques environnants. Le dispositif supérieur de montage est installé dans la presse suivant le même axe que celui du dispositif inférieur- de montage, de l'ensemble à boulon et du noyau. Le- dispositif supérieur de montage présente un alésage ayant un diamètre intérieur qui est approximativement égal au diamètre intérieur de l'enveloppe. Le dispositif de fixation comporte un bord tranchant qui est conforme au bord continu de- l'enveloppe et sert à appliquer une pression uniforme à ce dernier. On déplace alors dans la direction du bas'le dispositif supérieur de montage pour comprimer l'enveloppe sur le noyau et les éléments magnétiques.

L'enveloppe s'étend sur les deux bords 'dés plaques d'extrémité, et on la sertit ensuite vers l'intérieur afin de fixer les plaques en place.

Avant la mise au point de la présente invention, on ne pensait pas qu'il était possible de comprimer à froid une enveloppe à fine paroi sur le sous-ensemble d'un rotor à cause de la valeur des forces nécess;ires, et des difficultés qu'on percevait pour éviter l'écrasement, le gondolement ou autres déformations de l'enveloppe. On a trouvé que l'intensité de la force nécessaire pour comprimer à froid une enveloppe sur l'ensemble constitué par un noyau et des éléments magnétiques d'un diamètre de 75 mm varie largement, en fonction des dimensions relatives des composants et des propriétés des matériaux (en particulier de la dureté et de la limite élastique) de l'enveloppe, et se trouve dans des plages qu'on peut facilement obtenir dans une fabrication pratique. On pense que la plage des forces observée à ce jour varie d'environ 90 à 900 kg.En général, la dureté et la limite élastique du matériau de l'enveloppe augmentant, la force nécessaire pour comprimer l'enveloppe sur les éléments magnétiques croît également. Les variations dimensionnelles de l'enveloppe ont également un effet sur l'intensité de la force nécessaire. Les difficultés impliquées dans le maintien de la configuration globale et de l'intégrité de l'enveloppe ont été résolues avec un agencement de fixation précis permettant d'aligner les composants avant la compression.

Dans les premiers modes de réalisation de l'invention, on a constitué l'enveloppe d'un morceau de tube d'acier inoxydable ayant un diamètre intérieur de 75 mm et un diamètre extérieur de 79 mm, qu'on a usiné pour obtenir une épaisseur de la paroi comprise entre 0,2 et 0,3 mm. Ce matériau avait à l'origine une limite élastique de 280 MPa, et on pense qu'une force d'environ 225-450 kg était nécessaire pour comprimer l'enveloppe sur les éléments magnétiques. Cependant, on a déterminé ultérieurement que le matériau avait été durci pendant le processus d'usinage, et que la limite élastique apparente réelle du matériau -fini étant comprise entre approximativement 700 MPa et 845 MPa.

On a construit le mode de réalisation ultérieur en utilisant une enveloppe constituée d'un tube recuit en acier inoxydable 304 ayant une épaisseur de paroi de 0,3 mm et une limite élastique de 280 MPa (à l'achåt). On pense qu'une force d'environ 90-225 kg est nécessaire pour comprimer des enveloppes constituées de ce matériau sur les éléments magnétiques. Le matériau suivant qu'on a essayé était de l'acier inoxydable 304 ayant une épaisseur de paroi de 0,3 mm, à demi-durci et ayant une limite élastique d'environ .1125 MPa.On pense qu'il fallait une force dXenviron 450-900 kg pour comprimer des enveloppes constituées de ce matériau sur les éléments magnétiques.- De plus, on a découvert lors de l'emploi d'un matériau semi-dur, le recuit eût lieu dans la zone du cordon de soudure, pour produire une zone orientée longitudinalement de matériau relativement-tendre dans l'enveloppe. Lorsqu'on a comprimé ces enveloppes sur les éléments magnétiques, la majeure partie de l'extension et de la déformation s'est produite le long du cordon relativement tendre, se traduisant par des résultats globaux insatisfaisants (par exemple par' des fractures au droit du cordon de soudure) dans certains rotors. Actuellement, le tube est constitué d'une bande d'acier inoxydable 304 recuit'.Après soudage, ce tube est travaillé à froid pour réduire l'épaisseur de la paroi à 0,2 mm et augmenter -la limite élastique de toutes les parties du tube à une valeur comprise entre environ 560 MPa et 845 MPa. - On doit souligner que, alors que ce matériau constitue actuellement le matériau ayant la préférence pour la mise en pratique de la présente invention, on a obtenu des résultats.satisfaisants en utilisant les autres matériaux décrits ci-dessus, et on peut obtenir des résultats satisfaisants d'une façon plus sûre en employant des matériaux ayant d'autres caractéristiques, ou combinaisons de caractéristiques appropriées à des applications particulières.

On remarquera que, alors- que le dispositif et le procédé décrits impliquent l'emploi d'un dispositif de mon- tage mobile qui sert à comprimer une enveloppe sur le noyau et les éléments magnétiques (agissant en mandrin pour reformer l'enveloppe), on pense qucil est possible de maint'enir l'enveloppe dans une position fixe, alors que le noyau et les éléments magnétiques sont comprimés dans l'enveloppe pour obtenir le même résultat. Cela nécessiterait quelques modifications supplémentaire du dispositif décrit ci-dessus, mais qu on ne considère pas comme hors de portée du technichien.

Claims (17)

REVENDICATIONS

1. Procédé de fabrication d'un rotor (10) aimantable en permanence qui comprend un noyau (12), une multitude d'éléments aimantables (22), et une enveloppe de retenue (16), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à

a. placer les éléments aimantables autour du noyau et maintenir temporairement les éléments en position

b. procéder à l'alignement axial du noyau et des éléments aimantables environnants et de l'enveloppe ; et

c. comprimer à froid l'enveloppe sur le noyau et les éléments aimantables avant de maintenir définitivement en place les éléments aimantables autour du noyau.

2. Procédé selon la-revendication 1, caractérisé en ce que le rotor (10) aimantable en permanence comprend en plus au moins une plaque d'extrémité (14 ; 30), en ce que le procédé comporte étape supplémentaire consistant à mettre en place la plaque d'extrémité à-un endroit contigu à une extrémité du noyau et aux' éléments aimantables, en ce que le rotor aimantable comprend en outre une couche d'adhésif, et en ce que le procédé comporte l'étape supplémentaire consistant à appliquer une couche-d'adhésif entre la plaque d'extrémité et l'extrémité du noyau et des éléments aimantables.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape supplémentaire consistant à appliquer une couche d'adhésif entre le noyau et les éléments aimantables environnants.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe de retenue (16) a un diamètre initial intérieur (36) qui est légèrement inférieur au diamètre extérieur hors-tout du noyau (12),en ce que l'étape consistant-à comprimer à froid l'enveloppe de retenue sur le noyau et les éléments aimantables (22) comporte la déformation plastique de l'enveloppe pour qu'elle se monte sur les éléments aimantables de manière à les maintenir solidement en place.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'enveloppe présente une surface de bord (38) pra.

tiquement continue, et en ce que l'étape consistant à comprimer à froid l'enveloppe sur le noyau et les -éléments aimantables comporte l'application d'une force répartie de façon pratiquement uniforme à la surface de bord de l'enveloppe.

6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape supplémentaire de sertissage du bord (118 ; 120) de l'enveloppe vers l'intérieur dans la direction de l'axe de cette enveloppe après que celle-ci ait été comprimée en position sur les éléments aimantables.

7. Dispositif pour la fabrication d'un rotor (10) aimantable en permanence qui comprend un noyau (12), une multitude d'éléments aimantables (22) et une enveloppe de retenue (16), caracterisé en ce qu'il comprend

a. un moyen (112) pour positionner et maintenir temporairement les éléments aimantables en relation espace e autour du noyau

b. un moyen (100)- pour mettre en alignement axial le noyau et les éléments aimantables environnants et l'enveloppe de retenue ; et

c. un moyen pour comprimer à froid l'enveloppe sur le noyau et les éléments aimantables de manière à maintenir en permanence les éléments aimantables autour du noyau.

8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'enveloppe (16) présente une surface de bord sensiblement continue (38) et en ce que le moyen pour la compression à froid de l'enveloppe sur le noyau et les éléments aimantables comprend un moyen pour appliquer une force répartie de manière sensiblement uniforme à la surface du bord de l'enveloppe.

9. Dispositif selon la revendication caracté- risé en ce que le noyau (12) est pratiquement cylindrique et présente un rayon extérieur, et én ce que les éléments aimantables (22) sont des éléments ayant la forme d'un arc présentant un rayon intérieur pratiquement égal aux rayon extérieur du noyau, et en ce que le moyen pour la mise en place des éléments aimantables en relation espacée autour du noyau comporte une multitude de jauges (140) installées sur un dispositif de montage contigu aunoyau et aux éléments aimantables, les jauges étant mobiles radialement vers l'intérieur dans la direction du noyau et des éléments et vers l'extérieur pour s'éloigner du noyau et des éléments, et des moyens- (144, 146, 148) pour amener les jauges en position entre éléments aimantables adjacents afin d'ajuster et de jauger l'espacement entre les éléments.

10. Dispositif destiné à être utilisé dans la fabrication d'un rotor (10) aimantable en permanence qui comprend un noyau (12) et une multitude d'éléments aimantables (22) espaces autour du noyau, caractérisé en ce qu t il comprend un moyen- (110) pour mettre en place des 'éléments' aimantables adjacents afin d'obtenir un espacement prédéterminé désiré entre les éléments adjacents, et un moyen (112) pour-fixer les éléments en position contre le noyau après l'obtention de l'espacement désiré, en ce que le moyen de mise en place comprend une multitude de jauges (140) mobiles radialement qui sont disposées près des bords respectifs d'éléments aimantables adjacents, et des moyens (144, 146, 148) pour amener les jauges en contact avec les bords des éléments aimantables afin d'ajuster la position des éléments et obtenir l'espacement prédéterminé désiré.

11. Rotor pour moteur électrique comprenant un noyau ferromagnétique (12), présentant un alésage (18) placé au centre, une multitude d'éléments aimantables (22) positionnés autour du noyau, et une enveloppe (16) de retenue des éléments aimantables disposée autour des éléments et étendue de manière à épouser la forme des contours des éléments aimantables, l'enveloppe ayant une épaisseur de paroi inférieure à 0,5 mm, les éléments aimantables ayant une tolérance dimensionnelle dans une plage pouvant être prédéterminée et l'enveloppe à paroi fine se trouvant à l'état étendu pour tenir compte des dimensions réelles des éléments aimantables.

12. Rotor selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'épaisseur de l'enveloppe (16) à l'état nonétendu est comprise entre 0,1 et 0,2 mm.

13. Rotor selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'enveloppe (16) est étendue de manière à épouser les contours des éléments aimantables (22) de façon qu'au moins certains contours en surface des éléments puissent être observés au droit de la surface extérieure de l'enveloppe.

14. Procédé de fabrication d'un rotor (10) aimantable en permanence qui .comprend un noyau (12), une multitude d'éléments aimantables (22), et une enveloppe de retenue (16), caractérisé en ce qu il comprend les étapes consistant à mettre en place les éléments aimantables autour du noyau dans une position prédéterminée, à entraîner relativement l'-enveloppe de retenue, ayant une épaisseur de paroi d'environ 0,5 mm, dans le sens axial le long du noyau et des éléments aimantables environnants et à placer les éléments aimantables entre le noyau et l'enveloppe tout en étendant cette dernière par les éléments aimantables de façon qu'elle accepte les dimensions réelles des éléments.

15. Rotor aimantable en permanence, caractérisé en ce qu'il comprend

un noyau (12), une multitude d'éléments aimantables (22) espacés circonférentiellement les uns des autres autour du noyau, une paire d'anneaux d'extrémité (14,30) placés axialement près des extrémités respectives du noyau, et une enveloppe de retenue (16) disposée de manière à main tenir les éléments aimantables en position-autour du noyau et donc à retenir les anneaux d'extrémité en position à un endroit contigu au noyau, en ce qu'une-partie de l'enveloppe (118,-120) s'étend au delà des anneaux d'extrémité, et en ce que cette partie est déformée vers l'intérieur dans la direction de l'axe de ltenveloppe pour maintenir en position les anneaux d'extrémité.

16. Procédé de fabrication d'un rotor aimantable en permanence (10) qui comprend un noyau (12), une multitude d'éléments aimantables (22), une paire de plaques d'extrémité (14, 30), un matériau adhésif, et une enveloppe de retenue (16), dans une presse ou un-dispositif similaire, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à

a. appliquer une couche d'adhésif à la surface extérieure du noyau et à la surface d'une des plaques d'extrémité

b. monter la plaque d'extrémité et le noyau dans la -presse de façon que la surface portant l'adhésif de- la plaque l'extrémité soit axialement contiguë à une extrémité du noyau

c. placer les éléments aimantables autour du noyau et les maintenir temporairement en position

d. appliquer une couche d'adhésif à la surface d'extrémité deséiéments aimantables et du noyau, et mettre en place l'autre plaque d'extrémité à un endroit- contigu à ladite surface d'extrémité ;

e. mettre en alignement axial le noyau et les éléments aimantables environnants à l'intérieur de l'enveloppe de retenue

f; comprimer à froid l'enveloppe de retenue sur le noyau et les éléments aimantables de manière à maintenir définitivement- les éléments aimantables en position autour du noyau ; et

g. déformer une partie en prolongement de l'enveloppe dans la direction de l'intérieur sur une plaque d'extrémité respective de manière à maintenir définitivement les plaques en position près des extrémités respectives du noyau.

17. Moteur commuté électroniquement ayant un stator assemblé avec un alésage ménagé au centre et un rotor assemblé (10) disposé à l'intérieur de l'alésage, le rotor assemblé comportant-un noyau ferromagnétique (12) présentant un alésage central (18), une multitude d'éléments aimantables (22) disposés autour du noyau, et une enveloppe (16) de retenue des éléments aimantables placée autour des éléments et étendue de manière à épouser leur contour, l'enveloppe ayant une paroi de faible épaisseur d'une valeur inférieure à 0,5 mm, le rapport entre le diamètre extérieur nominal de l'enveloppe et l'épaisseur nominale de sa paroi étant compris entre environ 150 et environ 525.