FR3062968A1 - Rotor de machine electrique tournante muni d'un support d'elements magnetiques - Google Patents

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Khadija El Baraka
Svetislav Jugovic
Jean-Claude Labrosse
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    • H—ELECTRICITY
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    • H02K1/28—Means for mounting or fastening rotating magnetic parts on to, or to, the rotor structures

Abstract

L'invention porte principalement sur un rotor (12) de machine électrique tournante comportant: - deux roues polaires (23, 24) comportant chacune un plateau (39) et des griffes (40) dirigées axialement en direction du plateau (39) de l'autre roue polaire (23, 24), - des espaces inter-griffes (44) délimités chacun par deux griffes (40) successives, caractérisé en ce que ledit rotor (12) comporte en outre: - un support (47) annulaire muni de logements (48) pour les éléments magnétiques (50) destinés à être positionnés dans les espaces inter-griffes, - les éléments magnétiques (50) présentant une section transversale de forme trapézoïdale, et en ce que les logements (48) du support (47) sont ouverts en direction d'un entrefer de la machine électrique tournante.

Description

Titulaire(s) : VALEO EQUIPEMENTS ELECTRIQUES MOTEUR Société par actions simplifiée.
Demande(s) d’extension
Mandataire(s) : VALEO EQUIPEMENTS ELECTRIQUES MOTEUR Société par actions simplifiée.
ROTOR DE MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE MUNI D'UN SUPPORT D'ELEMENTS MAGNETIQUES.
FR 3 062 968 - A1 tt) L'invention porte principalement sur un rotor (12) de machine électrique tournante comportant:
- deux roues polaires (23, 24) comportant chacune un plateau (39) et des griffes (40) dirigées axialement en direction du plateau (39) de l'autre roue polaire (23, 24),
- des espaces inter-griffes (44) délimités chacun par deux griffes (40) successives, caractérisé en ce que ledit rotor (12) comporte en outre:
- un support (47) annulaire muni de logements (48) pour les éléments magnétiques (50) destinés à être positionnés dans les espaces inter-griffes,
- les éléments magnétiques (50) présentant une section transversale de forme trapézoïdale, et en ce que les logements (48) du support (47) sont ouverts en direction d'un entrefer de la machine électrique tournante.
Figure FR3062968A1_D0001
Figure FR3062968A1_D0002
ROTOR DE MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE MUNI D'UN SUPPORT D'ÉLÉMENTS MAGNÉTIQUES
La présente invention porte sur un rotor de machine électrique tournante muni d'un support d'éléments magnétiques. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, dans le domaine des alternateurs pour véhicules automobiles. Un tel alternateur transforme de l'énergie mécanique en énergie électrique et peut être réversible.
Un alternateur réversible, appelé alterno-démarreur, permet de îo transformer de l'énergie électrique en énergie mécanique notamment pour démarrer le moteur thermique du véhicule.
De façon connue en soi, un alternateur comporte un carter et, à l'intérieur de celui-ci, un rotor à griffes, solidaire en rotation d'un arbre, et un stator qui entoure le rotor avec présence d'un entrefer.
Le stator comporte un corps constitué par un empilage de tôles minces formant une couronne, dont la face intérieure est pourvue d'encoches ouvertes vers l'intérieur pour recevoir des enroulements de phase. Ces enroulements traversent les encoches du corps du stator et forment des chignons faisant saillie de part et d'autre du corps du stator. Les enroulements de phase sont obtenus par exemple à partir d'un fil continu recouvert d'émail ou à partir d'éléments conducteurs en forme d'épingles reliées entre elles par soudage.
Ces enroulements sont des enroulements polyphasés dont les extrémités sont reliées à un module électronique de puissance comportant notamment un pont redresseur.
Par ailleurs, le rotor comporte deux roues polaires présentant chacune un plateau d'orientation transversale pourvu à sa périphérie externe de griffes d'orientation axiale. Les griffes des roues polaires sont imbriquées les unes par rapport aux autres. Un noyau cylindrique est intercalé axialement entre les plateaux des roues polaires. Ce noyau porte à sa périphérie externe une bobine d'excitation formée autour d'un élément isolant intercalé radialement entre le noyau et la bobine.
Afin d'améliorer les performances magnétiques de la machine, il est connu d'implanter des aimants permanents dans les espaces inter-griffes du rotor. Le document FR3018404 décrit l'utilisation d'un support annulaire muni de logements dans lesquels sont positionnés des aimants afin de faciliter leur mise en place à l'intérieur des espaces inter-griffes.
L’invention vise à perfectionner le dispositif existant en proposant un rotor de machine électrique tournante comportant:
- deux roues polaires comportant chacune un plateau et des griffes dirigées axialement en direction du plateau de l'autre roue polaire,
- des espaces inter-griffes délimités chacun par deux griffes successives du rotor, caractérisé en ce que ledit rotor comporte en outre:
- un support annulaire muni de logements pour les éléments magnétiques destinés à être positionnés dans les espaces inter-griffes,
- les éléments magnétiques présentant une section transversale de forme trapézoïdale ayant une petite base et une grande base,
- la petite base de chaque élément magnétique étant située du côté d'une périphérie externe des griffes des roues polaires et une grande base située du côté d'une périphérie interne des griffes des roues polaires, et en ce que
- les logements du support sont ouverts en direction d'un entrefer de la machine électrique tournante.
L'invention permet ainsi de réduire les fuites de flux magnétique entre les griffes des roues polaires et de maintenir efficacement les éléments magnétiques soumis à la force centrifuge. L'invention permet également de réduire la déformation des griffes des roues polaires, ce qui améliore la tenue mécanique du rotor et autorise une réduction de l'entrefer de la machine. En outre, la configuration des logements permet aux éléments magnétiques d'être en contact avec l'entrefer pour faciliter les échanges de flux magnétique entre les parties actives de la machine électrique.
Selon une réalisation, la forme trapézoïdale des éléments magnétiques est complémentaire de celle des espaces inter-griffes.
Selon une réalisation, les logements du support sont ouverts latéralement.
Selon une réalisation, les logements du support comportent des rebords de maintien pour maintenir axialement des éléments magnétiques.
Cela permet d'assurer un maintien des éléments magnétiques lors du montage du rotor.
Selon une réalisation, les griffes sont reliées au plateau d'une roue polaire correspondante par l'intermédiaire de pieds de griffe.
Selon une réalisation, les logements sont reliés entre eux par des îo portions de liaison s'étendant au moins en partie dans des espaces séparant deux pieds de griffe successifs.
Selon une réalisation, les pieds de griffe comportent des rebords de maintien axial des éléments magnétiques.
Selon une réalisation, au moins un dégagement s'étend entre une 15 portion de liaison et un fond d'un espace correspondant entre deux pieds de griffe consécutifs pour permettre un passage de vernis d'imprégnation.
Selon une réalisation, le support est réalisé dans un matériau amagnétique.
Selon une réalisation, les éléments magnétiques sont collés sur le 20 support. Cela permet de faciliter l'assemblage du support et des éléments magnétiques avec les roues polaires.
Selon une réalisation, les éléments magnétiques sont des aimants réalisés en ferrite ou en terre rare.
Selon une réalisation, les éléments magnétiques sont des aimants 25 réalisés par moulage, notamment par frittage.
Selon un autre aspect, l'invention a pour objet une machine électrique tournante caractérisée en ce qu'elle comporte un rotor tel que précédemment défini.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.
La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un alternateur selon 5 la présente invention;
La figure 2 est une vue en perspective d'un rotor muni d'un support d'éléments magnétiques selon la présente invention;
La figure 3 est une vue en perspective d'une roue polaire et du support d'éléments magnétiques selon l'invention;
îo La figure 4 est une vue en perspective d'un support d'éléments magnétiques utilisé avec le rotor selon la présente invention;
La figure 5 est une vue en perspective d'un élément magnétique de forme trapézoïdale selon la présente invention;
La figure 6 est une vue en coupe transversale partielle illustrant 15 l'implantation des aimants à l'intérieur des espaces inter-griffes du rotor selon la présente invention;
La figure 7 est une vue de face du rotor selon l'invention montrant les dégagements entre le support d'éléments magnétiques et les roues polaires pour le passage du vernis d'imprégnation.
Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre.
On a représenté sur la figure 1 un alternateur 10 compact et polyphasé, notamment pour véhicule automobile. L'alternateur 10 est apte à transformer de l'énergie mécanique en énergie électrique et pourra être réversible. Un tel alternateur réversible, appelé alterno-démarreur, permet de transformer de l'énergie électrique en énergie mécanique notamment pour démarrer le moteur thermique du véhicule.
Cet alternateur 10 comporte un carter 11 et, à l'intérieur de celui-ci, un rotor à griffes 12 monté sur un arbre 13, et un stator 16, qui entoure le rotor avec présence d'un entrefer 14 entre la périphérie externe du rotor 12 et la périphérie interne du stator 16. L'axe X suivant lequel s'étend l'arbre 13 forme l'axe de rotation du rotor 12.
Le carter 11 comporte des paliers avant 17 et arrière 18 portant le stator 16. Les paliers 17, 18 sont de forme creuse et portent chacun centralement un roulement à billes 20 pour le montage à rotation de l'arbre 13. L'arbre 13 pourra être emmanché à force dans l'alésage central 21 des roues polaires 23, 24 du rotor 12. Du côté de son extrémité avant, l'arbre 13 pourra comporter une partie filetée pour la fixation d'une poulie 25. La poulie îo appartient à un dispositif de transmission de mouvements à au moins une courroie entre l'alternateur 10 et le moteur thermique du véhicule automobile.
Le palier arrière 18 porte un porte-balais 28 muni de balais 29 destinés à venir frotter contre des bagues 30 d'un collecteur pour assurer l'alimentation du bobinage du rotor 12. A cet effet, les balais 29 sont reliés électriquement à un régulateur de tension.
Plus précisément, le stator 16 comporte un corps 32 en forme d'un paquet de tôles doté de dents délimitant des encoches pour le montage des phases du stator. Chaque phase comporte au moins un enroulement traversant les encoches du corps de stator 32 et forme, avec toutes les phases, des chignons 33 s'étendant de part et d'autre du corps de stator 32.
Les enroulements sont obtenus par exemple à partir d'un fil continu recouvert d'émail ou à partir d'éléments conducteurs en forme de barre, tels que des épingles reliées entre elles par exemple par soudage. Ces enroulements sont par exemple des enroulements triphasés connectés en étoile ou en triangle, dont les sorties sont reliées à un module de puissance comportant des éléments redresseurs tels que des diodes ou des transistors du type MOSFET, notamment lorsqu'il s'agit d'un alterno-démarreur comme décrit par exemple dans le document FR2745445.
Par ailleurs, le rotor 12 comporte deux roues polaires 23, 24 entre lesquelles est intercalé axialement un noyau cylindrique 35. En l'occurrence, le noyau 35 consiste en deux demi-noyaux appartenant chacun à l'un des plateaux. Ce noyau 35 porte à sa périphérie externe un bobinage rotorique d'excitation 36. Ce bobinage 36 est isolé du noyau 35 par un isolant interposé radialement entre ces deux éléments.
Chaque roue polaire 23, 24 comporte un plateau 39 d'orientation transversale et des griffes 40 de forme trapézoïdale et d'orientation axiale.
Les griffes 40 sont reliées au plateau 39 correspondant par l'intermédiaire de pieds de griffe 41. Les pieds de griffes 41 constituent ainsi des portions s'étendant en saillie radiale par rapport au plateau 39 desquelles sont issues les griffes 40. Les griffes 40 d'une roue 23, 24 sont dirigées axialement vers le plateau 39 de l'autre roue 23, 24. Les roues polaires 23, 24 sont décalées îo angulairement l'une par rapport à l'autre de sorte que chaque griffe 40 d'une roue polaire 23, 24 est intercalée entre deux griffes 40 voisines de l'autre roue polaire 23, 24. Les griffes 40 des roues polaires 23, 24 sont ainsi imbriquées les unes par rapport aux autres. L'entrefer 14 s'étend entre la périphérie externe des griffes 40 et la périphérie interne du stator 16.
Des espaces inter-griffes 44 sont délimités chacun par deux griffes 40 successives du rotor 12, en particulier les deux faces latérales en vis-à-vis l'une des l'autre de deux griffes 40 successives appartenant respectivement à l'une et à l'autre roue polaire 23, 24.
Comme on peut le voir sur les figures 2 et 3, un support 47 annulaire est muni de logements 48 pour des éléments magnétiques 50 destinés à être positionnés dans les espaces inter-griffes 44. Le support 47 est réalisé dans un matériau amagnétique, c’est-à-dire dans un matériau mauvais conducteur de flux magnétique, voire empêchant toute conduction de flux magnétique. Le support 47 pourra par exemple être réalisé dans un matériau plastique moulable. Deux logements 48 successifs sont reliés entre eux par des portions de liaison 51. Il existe ainsi une alternance de logements 48 et de portions de liaison 51 suivant la circonférence du support 47. Il existe en outre une alternance dans le positionnement axial des portions de liaison 51 qui sont positionnée alternativement du côté du plateau 39 de l'une puis de l'autre roue polaire 23, 24. Les portions de liaison 51 s'étendent au moins en partie dans des espaces séparant deux pieds de griffe 41 successifs.
Par ailleurs, deux logements 48 consécutifs présentent des axes Y formant un angle non nul l'un par rapport à l'autre correspondant à l'angle d'inclinaison des faces latérales des griffes 40, tel que cela est illustré par la figure 4. Deux logements 48 consécutifs définissent ainsi des zones de réception 49 à fond plat en forme de V pour recevoir, de préférence par coopération de forme, les griffes 40 des roues polaires 23, 24. Les formes en
V de deux zones de réception successives sont inclinées en sens inverse, en sorte que le support 47 peut recevoir alternativement une griffe 40 de l'une puis de l'autre roue polaire 23, 24. En variante, les axes Y des logements 48 pourront être orientés axialement.
Comme on peut le voir sur la figure 4, les logements 48 présentent de îo préférence une forme de cuvette munie d'une paroi 54 assurant un maintien de la périphérie interne des éléments magnétiques 50 et de rebords de maintien axial 55 situés aux extrémités de la paroi 54 pour retenir axialement des éléments magnétiques 50. Les portions de liaison 51 assurent la liaison entre deux rebords 55 successifs. Les logements 48 du support 47 sont ainsi ouverts en direction de l'entrefer 14, de telle façon que les éléments magnétiques 50 sont en contact avec l'entrefer 14. On améliore ainsi les performances magnétiques de la machine électrique tournante 10. Les logements 48 du support 47 sont également ouverts latéralement, de telle façon que les faces latérales inclinées des éléments magnétiques 50 pourront venir au collage magnétique contre les faces latérales en vis-à-vis des griffes 40 correspondantes.
Les éléments magnétiques 50 sont de préférence des aimants réalisés en ferrite ou en terre rare. Le choix du type d'aimant dépend de la puissance recherchée de la machine électrique. Les aimants pourront être réalisés par moulage, notamment par frittage. En variante, les éléments magnétiques 50 sont des pièces réalisées dans un matériau élasto-ferrite magnétique.
Comme cela est visible sur les figures 5 et 6, les éléments magnétiques 50 présentent une section transversale de forme trapézoïdale complémentaire de celle des espaces inter-griffes 44. En effet, du fait de l'inclinaison des faces latérales des griffes 40, les espaces inter-griffes 44 sont également de forme trapézoïdale. Les éléments magnétiques 50 présentent une petite base 56 située du côté de la périphérie externe des griffes 40 des roues polaires 23, 24 et donc de l'entrefer 14 et une grande base 57 située du côté d'une périphérie interne des griffes 40 des roues polaires 23, 24.
Lors d'une phase d'assemblage du rotor 12, le support 47 est mis en place sur une des roues polaires 23, 24, de telle façon que les griffes 40 de la roue polaire 23, 24 s'engagent dans les zones de réception 49 ouvertes axialement dans la direction correspondante.
Les éléments magnétiques 50 sont ensuite positionnés à l'intérieur des logements 48 du support 47. Les éléments magnétiques 50 pourront le îo cas échant être collés sur le support 47 afin d'améliorer leur maintien lors du montage.
L'autre roue polaire 23, 24 est ensuite assemblée, de telle façon que ses griffes 40 pénètrent dans les zones de réception 49 ouvertes axialement dans la direction correspondante.
Les pieds de griffe 41 comportent des rebords de maintien 58 pour maintenir axialement les éléments magnétiques 50, tel que cela est montré sur les figures 2 et 3. Chaque élément magnétique 50 est ainsi maintenu axialement par un premier rebord 58 appartenant à l'une des roues polaires 23, 24 et un deuxième rebord 58 situé axialement du côté opposé au premier rebord 58 appartenant à l'autre roue polaire 23, 24. Ainsi, le support 47 a une fonction de maintien des éléments magnétiques 50 uniquement au moment du montage, ces derniers étant maintenus par les rebords 58 des pieds de griffe 41 lors de l'utilisation de la machine électrique 10.
De préférence, comme cela est visible sur la figure 7, il existe des dégagements 60 s'étendant entre une portion de liaison 51 et un fond de l'espace correspondant entre deux pieds de griffe 41 consécutifs. Ces dégagements 60 permettent un passage du vernis d'imprégnation pour imprégner le bobinage rotorique 36.
Comme cela est visible sur les figures 1 et 2, des ventilateurs 61 pourront être fixés sur les extrémités axiales du rotor 12 afin de créer un flux d'air à l'intérieur de la machine électrique 10 pour son refroidissement. Pour autoriser la circulation d'un flux d'air traversant, le carter 11 est de préférence ajouré.
Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents.
En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas îo incompatibles ou exclusives les unes des autres.

Claims (13)

  1. REVENDICATIONS
    1. Rotor (12) de machine électrique tournante (10) comportant:
    - deux roues polaires (23, 24) comportant chacune un plateau (39) et des griffes (40) dirigées axialement en direction du plateau (39) de l'autre
    5 roue polaire (23, 24),
    - des espaces inter-griffes (44) délimités chacun par deux griffes (40) successives du rotor (12), caractérisé en ce que ledit rotor (12) comporte en outre:
    - un support (47) annulaire muni de logements (48) pour les éléments îo magnétiques (50) destinés à être positionnés dans les espaces inter-griffes,
    - les éléments magnétiques (50) présentant une section transversale de forme trapézoïdale ayant une petite base (56) et une grande base (57),
    - la petite base (56) de chaque élément magnétique (50) étant située du côté d'une périphérie externe des griffes (40) des roues polaires (23, 24)
    15 et une grande base (57) située du côté d'une périphérie interne des griffes (40) des roues polaires (23, 24), et en ce que
    - les logements (48) du support (47) sont ouverts en direction d'un entrefer (14) de la machine électrique tournante.
  2. 2. Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que la forme 20 trapézoïdale des éléments magnétiques (50) est complémentaire de celle des espaces inter-griffes (44).
  3. 3. Rotor selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les logements (48) du support (47) sont ouverts latéralement.
  4. 4. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé 25 en ce que les logements (48) du support (47) comportent des rebords de maintien (55) pour maintenir axialement des éléments magnétiques (50).
  5. 5. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les griffes (40) sont reliées au plateau (39) d'une roue polaire (23, 24) correspondante par l'intermédiaire de pieds de griffe (40).
    30
  6. 6. Rotor selon la revendication 5, caractérisé en ce que les logements (48) sont reliés entre eux par des portions de liaison (51) s'étendant au moins en partie dans des espaces séparant deux pieds de griffe (40) successifs.
  7. 7. Rotor selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que les pieds de griffe (40) comportent des rebords de maintien axial (58) des éléments
    5 magnétiques (50).
  8. 8. Rotor selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que au moins un dégagement (60) s'étend entre une portion de liaison (51) et un fond d'un espace correspondant entre deux pieds de griffe (40) consécutifs pour permettre un passage de vernis d'imprégnation.
    îo
  9. 9. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le support (47) est réalisé dans un matériau amagnétique.
  10. 10. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les éléments magnétiques (50) sont collés sur le support (47).
  11. 11. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, 15 caractérisé en ce que les éléments magnétiques (50) sont des aimants réalisés en ferrite ou en terre rare.
  12. 12. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les éléments magnétiques (50) sont des aimants réalisés par moulage, notamment par frittage.
    20
  13. 13. Machine électrique tournante (10) caractérisée en ce qu'elle comporte un rotor (12) tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes.
    1/4
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