FR2865584A1 - Procede d'equilibrage de rotor de machine tournante et moteur comportant un rotor correspondant - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé d'équilibrage de rotor de machines tournantes dans lequel de la matière solidaire d'un rotor (10) est enlevée en fonction de balourds à corriger, le dit procédé étant caractérisé,- en ce qu'il s'applique à un rotor (10) comportant un support amagnétique (14) regroupant des éléments générant l'induction (12, 13) de la machine, et- en ce qu'il consiste à supprimer une quantité de matière (20, 21) par usinage du support amagnétique (14) solidaire du rotor.

Description

La présente invention concerne un procédé d'équilibrage d'un rotor de

moteur et un moteur correspondant. Plus particulièrement, il s'agit d'un procédé d'équilibrage par enlèvement de matière.

Les moteurs ou plus généralement les machines électriques comprennent une partie tournante dite rotor et une partie fixe appelée stator. Ces machines électriques sont utilisées par exemple pour les ventilateurs, les pompes, les actionneurs etc...et sont habituellement produites industriellement en grande série pour l'automobile, l'électroménager, l'outillage.... De telles machines nécessitent d'être équilibrées.

Plus précisément, il s'agit d'équilibrer les rotors qui peuvent présenter des balourds dus à des difficultés d'alignement, des tolérances mécaniques différentes, etc... engendrant des phénomènes de vibrations lorsque l'arbre moteur est entraîné en rotation à grande vitesse. Ces vibrations sont nuisibles au bon fonctionnement du moteur ainsi qu'à son confort d'utilisation. Il est donc impératif de réduire ou de supprimer les balourds des rotors pour éviter ces phénomènes de vibrations.

Cette réduction ou suppression des balourds est effectuée en fonction des spécifications établies pour chaque moteur (en fonction de leur application) par un procédé dit d'équilibrage du rotor.

Il est déjà connu, pour équilibrer un rotor de mettre en oeuvre un procédé dit par "ajout de matière". Pour ce faire on mesure, tout d'abord, le balourd initial du rotor, puis de la matière est ajoutée à des endroits bien précis du rotor (souvent selon des plans de référence) pour réduire le balourd mesuré. L'opération est poursuivie par itérations successives, jusqu'à ce que les balourds aient disparus ou aient été maintenus dans une limite acceptable conforme aux spécifications de balourd. La matière utilisée pour compenser le balourd peut être une pâte malléable au moment de l'application sur le rotor, qui, en se polymérisant, va se durcir et assurer ainsi sa tenue sur le rotor. Il est également connu d'employer des masses métalliques calibrées comme des agrafes, des vis (EP 470265) ou bien des rondins de matières diverses (par exemple: en acier).

Le procédé d'équilibrage par ajout de pâte d'équilibrage est cependant un procédé difficilement automatisable. En effet, la pâte malléable au moment de son application sur le rotor nécessite un temps de polymérisation, plus ou moins long (d'une heure à une journée) en fonction de la température, hygrométrie...

Pour laisser le temps à la pâte de polymériser, il est donc nécessaire de stocker le rotor qui vient d'être équilibré pendant quelques temps. Ceci implique une organisation logistique complexe et une production coûteuse. Ainsi, il faut prévoir entre autre, la préparation de la pâte, des zones de stockage et des flux logistiques appropriés sur la ligne d'assemblage du moteur. L'ensemble de ces contraintes rend un tel procédé par "ajout de matière" contre-productif.

Par ailleurs, le procédé d'équilibrage par ajout de pâte d'équilibrage (ou par ajout de tout type de matière) peut générer des problèmes de qualité en raison notamment de décollements de cette matière pouvant se produire pour différentes raisons, engendrant des transmissions de vibrations inadmissibles (dues à la modification du balourd du rotor). Ces décollements de la matière ajoutée (quelle que soit cette matière) peuvent également provoquer des blocages de rotor (si l'élément décollé vient bloquer un élément tournant du moteur).

Les raisons de ces décollements sont diverses, en voici une liste non exhaustive: É mauvaise préparation de la pâte, É utilisation de pâte périmée, É mauvaise application de la pâte, É surface d'application ne favorisant pas l'accroche de la pâte ou tout autre ajout de matière (comme le plastique), É ajout de petites quantités de matière.

D'autre part, il est difficile de corriger de manière fine un balourd par ce 20 type de procédé.

Pour pallier ces inconvénients, il est déjà connu de réaliser un équilibrage du rotor par un procédé dit "d'enlèvement de matière". Ainsi, le brevet US 5 635 778 décrit un procédé dans lequel les armatures du rotor sont percées pour équilibrer le rotor. Dans ce cas, pour contrecarrer le balourd du rotor, on vient lui enlever de la matière. Par itérations successives, il est possible, là encore, de diminuer le balourd jusque dans des limites acceptables.

De tels procédés d'équilibrage, par usinage des tôles acier de rotor de moteur à courant continu à balais, sont des procédés automatisables mais présentent des risques ou inconvénients. A savoir: É risques de dégradation des performances électromagnétiques du moteur: on enlève de la matière utile au flux magnétique de la machine, É risque de dégradation des caractéristiques mécaniques du rotor: fléchage de l'arbre sous l'effort important d'usinage de parties métalliques, É risque de pollution du moteur et des zones environnantes avec les particules métalliques (acier) générées par l'usinage. Celles-ci sont problématiques dans le cas d'une machine électrique puisqu'elles seront attirées par les parties magnétisées (aimants), É rapidité d'usinage non favorable dans le cas d'usinage de matière acier, É usure des outils d'usinage engendrant des coûts de maintenance élevés.

Dans le cadre de la présente invention un tel procédé enlevant de la matière dans les armatures métalliques du rotor n'est donc pas non plus envisageable.

L'invention cherche à utiliser un procédé d'équilibrage d'un rotor du type 5 "avec enlèvement de matière" mais ne présentant pas les inconvénients ci-dessus rappelés.

A cet effet, la présente invention concerne un procédé d'équilibrage de rotor de machines tournantes dans lequel de la matière solidaire d'un rotor est enlevée en fonction de balourds. Tout d'abord, on détermine et on localise les balourds à équilibrer puis on détermine la quantité de matière à enlever pour équilibrer ces balourds. Selon l'invention, le rotor comporte un support en matière amagnétique regroupant des éléments générant l'induction de la machine et le procédé d'équilibrage consiste à supprimer la quantité de matière à enlever par usinage du support amagnétique solidaire du rotor.

En usinant le rotor constitué de matière amagnétique (donc inerte magnétiquement), on évite les problèmes liés aux copeaux métalliques selon l'art antérieur. En outre ce procédé ne perturbe pas les caractéristiques magnétiques de la machine tournante (on n'usine pas les tôles en acier du rotor). Les risques de déformation (par ex: fléchage) de l'arbre sont en outre supprimés.

Avantageusement, le rotor présente une forme de révolution et la suppression de matière est effectuée selon au moins un arc de cercle et une épaisseur déterminés.

Il est bien entendu possible de travailler à épaisseur d'enlèvement de matière constante, dans ce cas c'est la longueur de l'arc de cercle de la matière 25 enlevée qui varie (et vice versa).

Avantageusement, la suppression de matière peut être réalisée selon plusieurs plans de référence du rotor; ceci de manière simultanée ou non.

Avantageusement, le rotor est réalisé en matière amagnétique par surmoulage ou bien est une pièce amagnétique dans laquelle sont intégrés au moins des aimants et un anneau inducteur. Le rotor peut également supporter une turbine. Dans ce cas, c'est l'ensemble du rotor et de la turbine qui peut être équilibré par usinage de la matière du rotor.

En variante, le rotor est de type bobiné et comporte des éléments amagnétique formant flasque isolants, l'usinage est alors réalisé dans ces 35 flasques.

Avantageusement le rotor est constitué, entre autres, en une matière plastique.

Avantageusement, l'usinage du rotor peut être réalisé par fraisage, par poinçonnage ou tout procédé d'enlèvement de matière analogue.

De préférence, cet usinage est réalisé dans des formes ménagées à cet effet à la périphérie du rotor.

D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront d'ailleurs de la description qui suit, à titre d'exemple non limitatif, en 5 référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 montre un rotor en matière amagnétique selon l'invention, La figure 2 est une vue schématique en perspective selon la flèche Il de la figure 1, montrant une première zone possible 10 d'enlèvement de matière pour équilibrage, - La figure 3 est une vue schématique en perspective selon la flèche III de la figure 1, montrant une seconde zone possible d'enlèvement de matière pour équilibrage, - La figure 4 est une vue schématique en coupe illustrant 15 l'emplacement des premières et secondes zones d'enlèvement de matière, et La figure 5 est une vue schématique en perspective montrant un rotor muni d'une turbine selon une variante de réalisation de l'invention.

Selon la forme de réalisation illustrée aux figures 1 à 4, une machine tournante comporte un stator (non représenté) et un rotor 10. Ce rotor comporte de manière connue, un arbre 11, un anneau inducteur 12, une pluralité d'aimants permanents 13 et un support amagnétique 14 (voir figures 1 et 4). Cette matière amagnétique est par exemple une matière plastique (par exemple, un PBT - polybutylène téréphtalate -).

Pour équilibrer un tel rotor 10 lorsqu'il est entraîné en rotation à grande vitesse, il est connu de définir et de localiser tout d'abord les balourds à équilibrer. Ces opérations sont réalisées grâce à des machines appropriées connues, non détaillées ici. On détermine ensuite par le calcul la quantité de matière à enlever pour équilibrer le rotor. Cette quantité de matière est déterminée par des lois de correction de balourds.

Le procédé selon l'invention consiste à enlever cette matière, non pas dans les armatures métalliques du rotor (comme cela était réalisé jusqu'à présent) mais directement dans le support amagnétique 14 du rotor ou dans une pièce solidaire du rotor.

Pour ce faire, il est possible d'enlever la matière amagnétique selon deux plans de référence P1, P2 (il peut y avoir d'autres plans de référence, bien entendu). Selon la quantité de matière à enlever et la position des balourds, il est possible d'enlever la matière selon l'un de ces plans de référence ou bien selon les deux.

Dans une première forme de réalisation illustrée aux figures 1 à 4, cette matière est enlevée par fraisage à l'aide de deux fraises F. Comme cela est mieux représenté à la figure 4, chacune des fraises est placée selon un plan de référence P1 ou P2. Les parties usinées lors de ce fraisage sont référencées 20 et 21. Bien entendu, pour éviter que tout copeau de matière amagnétique ne tombe à l'intérieur du rotor, les fraises F sont associées à des moyens de brossage (non représentés) et à des moyens d'aspiration (également non représentés). Ainsi, les parties du support 14 usinées lors de ces fraisages restent exemptes de tous copeaux. Ceux- ci sont évacués en dehors du rotor.

Il est à noter que sur la figure 4 seule la partie externe d'un demi rotor est représentée afin de ne pas surcharger cette figure. L'axe moteur porte la référence 11.

La forme des parties usinées 21 et 20 est illustrée respectivement aux figures 2 et 3.

A la figure 2, on remarque que la partie usinée 21 forme un arc de cercle. De préférence, cette partie usinée est réalisée dans une nervure 22 portée par la périphérie externe du rotor (voir aussi figure 4) A la figure 3, la partie usinée 20 présente également une forme en arc de cercle réalisée dans une nervure périphérique 23 (voir aussi figure 4).

Selon l'invention, il est possible d'usiner les nervures 22 et 23 (ou tout autre forme appropriée) soit selon des longueurs d'arc de cercle constante mais à profondeur e variable (figure 4), soit selon une profondeur e constante et une longueur d'arc de cercle variable. Le but de cet usinage est de supprimer un volume de matière déterminée selon une position déterminée. Les lois de correction de balourd permettent en effet d'associer à un balourd, un angle d'usinage (équivalent à une longueur d'arc) et l ou une épaisseur (profondeur) e d'usinage.

Pour repérer avec exactitude la position des parties 20 et 21 à usiner, le rotor 10 est muni, de manière connue, d'un trou d'indexation 25 (figure 2).

II est à noter que l'usinage des parties usinées 20 et 21 peut être réalisé de manière simultanée par les fraises F, ou bien être réalisé de manière séquentielle.

On notera encore que les parties usinées 20 et 21 sont réparties le long de la périphérie externe du support amagnétique 14 du rotor. Le rotor peut ainsi présenter une pluralité de parties usinées 20 et 21 de dimensions et de formes différentes tout au long de sa périphérie ou bien ne présenter qu'une seule partie usinée (en fonction des balourds à corriger). Les nervures périphériques (22, 23) sont donc adaptées pour être supprimées au moins partiellement, et sont réalisées dans un matériau amagnétique.

Le support amagnétique 14 peut être un support surmoulé ou une pièce amagnétique dans laquelle sont insérés au moins des aimants et un anneau 5 inducteur.

Comme cela est représenté à la figure 5, le rotor 10 peut être solidaire d'une turbine 30. Dans ce cas, c'est l'ensemble du rotor et de la turbine qui peut être équilibré par usinage de la matière du rotor. L'enlévement de matière peut être effectué dans ce cas sur la turbine et / ou sur le rotor.

En variante, le rotor est de type bobiné et comporte des éléments amagnétique formant flasque isolants, l'usinage est alors réalisé dans ces flasques.

On notera que l'usinage ci dessus décrit est réalisé par fraisage. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à ce moyen d'usinage. Par exemple, cet usinage pourrait tout aussi bien être réalisé par poinçonnage ou analogue.

Le principal intérêt du procédé selon la présente invention est de permettre une très grande finesse dans la correction du balourd par opposition aux procédés d'équilibrage par ajout de masses calibrées. Cependant le procédé selon l'invention peut également être mis en oeuvre dans certains cas avec un procédé d'équilibrage par ajout de matière. Ces deux procédés sont alors combinés pour améliorer l'équilibrage du rotor (suppression ou réduction des balourds).

Un autre aspect important de l'invention réside dans le fait que le procédé selon l'invention est facilement automatisable.

La réalisation du support 14 en matière plastique amagnétique apporte en outre des avantages intéressants comme par exemple (de manière non exhaustive): une usure moindre des outils servant à usiner le support 14, une possibilité de travailler rapidement et à grande vitesse et un coût limité pour l'ensemble du procédé d'équilibrage.

Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée à la forme de réalisation ci-dessus décrite et englobe toute variante à la portée de l'homme de l'art. Notamment, il est toujours possible d'usiner les inserts (notamment l'anneau inducteur) si cela est nécessaire. Le procédé selon l'invention peut également être appliqué à des rotors internes.

Claims (14)

REVENDICATIONS

1. Procédé d'équilibrage de rotor de machines tournantes dans lequel de la matière solidaire d'un rotor (10) est enlevée en fonction de balourds à corriger, le dit procédé étant caractérisé, - en ce qu'il s'applique à un rotor (10) comportant un support 5 amagnétique (14) regroupant des éléments générant l'induction (12, 13) de la machine, et - en ce qu'il consiste à supprimer une quantité de matière (20, 21) par usinage du support amagnétique (14) solidaire du rotor.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la suppression 10 de matière (20, 21) est effectuée selon au moins un arc de cercle et une épaisseur (e) déterminés.

3. Procédé d'équilibrage selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'à épaisseur de matière constante c'est la longueur de l'arc de cercle à enlever qui varie en fonction du balourd à équilibrer.

4. Procédé d'équilibrage selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'à longueur d'arc constant c'est l'épaisseur (e) de la matière à enlever qui varie en fonction du balourd à équilibrer.

5. Procédé d'équilibrage selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la suppression de matière (20, 21) est réalisée 20 selon plusieurs plans (P1, P2) de manière simultanée ou non.

6. Procédé d'équilibrage selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le rotor (10) est réalisé par surmoulage.

7. Procédé d'équilibrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le rotor (10) est une pièce amagnétique dans laquelle sont insérés au moins des aimants (13) et un anneau inducteur (12).

8. Procédé d'équilibrage selon l'une quelconque des précédentes caractérisé en ce que le rotor (10) est de type bobiné et comporte des éléments amagnétique formant flasque isolants, l'usinage est alors réalisé dans ces flasques.

9. Procédé d'équilibrage selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le rotor (10) comporte également une turbine.

10. Procédé d'équilibrage selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le rotor est constitué entre autres en une matière plastique.

11. Procédé d'équilibrage selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'usinage du support est réalisé par fraisage (F) et l ou poinçonnage et I ou analogue.

12. Moteur équilibré selon le procédé d'équilibrage des revendications 1 à 11 caractérisé en qu'il comporte un rotor en matière amagnétique (10) muni de formes périphériques (22, 23) adaptées pour être supprimées au moins partiellement.

13. Moteur selon la revendication 12, caractérisé en ce que les dites formes sont des nervures réalisées en matériau amagnétique.

14. Moteur selon la revendication 13, caractérisé en ce que les dites nervures (22, 23) sont réalisées selon au moins deux plans de référence (P1, P2) du rotor.