FR3069973A1 - Rotor de machine electrique tournante muni d'un flasque ayant une fonction de maintien d'aimants permanents - Google Patents
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Abstract
L'invention porte principalement sur un rotor de machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, comportant: - un corps (12) comprenant des cavités (16) débouchant axialement au moins d'un côté dudit corps (12), - des aimants permanents (13) logés dans les cavités (16), et - au moins un flasque (24) situé en vis-à-vis d'une face d'extrémité débouchante de la cavité (16), caractérisé en ce que le flasque (24) comprend au moins un organe élastique (30) en appui contre une face d'extrémité d'un aimant permanent (13) situé à l'intérieur de la cavité (16).
Description
ROTOR DE MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE MUNI D'UN FLASQUE AYANT UNE FONCTION DE MAINTIEN D'AIMANTS PERMANENTS
L’invention concerne un rotor de machine électrique tournante muni d'un flasque ayant une fonction de maintien d'aimants permanents.
De façon connue en soi, les machines électriques tournantes comportent un stator et un rotor solidaire d'un arbre. Le rotor pourra être solidaire d'un arbre menant et/ou mené et pourra appartenir à une machine électrique tournante sous la forme d'un alternateur, d'un moteur électrique, ou d'une machine réversible pouvant fonctionner dans les deux modes.
Le stator est monté dans un carter configuré pour porter à rotation l'arbre sur des paliers par l'intermédiaire de roulements. 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. 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 connectés en étoile ou en triangle dont les sorties sont reliées à un onduleur fonctionnant également en pont redresseur.
Par ailleurs, le rotor peut comporter un corps formé par un paquet de tôles réalisé dans un matériau magnétique, notamment en acier, ainsi que des pôles formés par une pluralité d'aimants permanents logés dans des cavités du corps.
Compte tenu des tolérances de fabrication des différentes pièces, on s'assure que la longueur cumulée maximale des aimants est inférieure ou égale à la longueur minimale de la cavité correspondante, afin d'éviter la casse des aimants lors du montage des flasques de fermeture. Toutefois, cette marge dimensionnelle de sécurité peut entraîner un mauvais plaquage des aimants à l'intérieur des cavités qui est susceptible d'engendrer la détérioration des aimants notamment du fait des chocs entre les aimants et les faces internes des cavités lors des phases d'accélération du rotor.
Comme cela est illustré sur la figure 1, afin de compenser les jeux de montage, il est connu d'insérer dans chaque cavité 2 prévue pour accueillir les aimants 3, un ressort 4 exerçant une force de maintien sur les aimants 3 correspondants. Un flasque 5 assurant la fermeture des cavités peut également être utilisé pour réaliser un équilibrage du rotor. On pourra se référer au document WO13175117 pour plus de détails sur ce dispositif.
Toutefois, le procédé de montage d'un tel dispositif est relativement complexe et comprend de nombreuses étapes consistant d'une part à mettre en position le flasque inférieur, puis à mettre en place l'ensemble formé par to l'arbre et le paquet de tôles. Les ressorts sont ensuite insérés dans les cavités, puis les aimants sont insérés par paquets à l'intérieur des cavités.
Les languettes supérieures des ressorts sont ensuite rabattues pour permettre la fixation du flasque supérieur de fermeture.
L’invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant un rotor de machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, comportant:
- un corps comprenant des cavités débouchant axialement au moins d'un côté dudit corps,
- des aimants permanents logés dans les cavités, et
- au moins un flasque situé en vis-à-vis d'une face d'extrémité débouchante de la cavité, caractérisé en ce que le flasque comprend au moins un organe élastique en appui contre une face d'extrémité d'un aimant permanent situé à l'intérieur de la cavité.
L'invention permet ainsi, du fait de l'intégration des éléments élastiques dans le flasque, de réduire le nombre de pièces mises en oeuvre dans l'assemblage du rotor. L'invention permet ainsi de faciliter le procédé de montage et de réduire son coût en faisant l'économie de la phase d'insertion des ressorts à l'intérieur des cavités et de la phase de pliage des extrémités des ressorts selon l'état de la technique.
Selon une réalisation, le corps de rotor est monté sur un arbre s'étendant suivant un axe, le flasque comportant une plaque munie d'une ouverture pour le passage de l'arbre.
Selon une réalisation, l'organe élastique est un plot rapporté fixé sur la plaque.
Selon une réalisation, le plot est réalisé en plastique ou en caoutchouc.
Selon une réalisation, la plaque comporte une deuxième ouverture en vis-à5 vis de l’aimant permanent situé à l'intérieur de la cavité et en ce que l'organe élastique traverse cette deuxième ouverture de la plaque.
Selon une réalisation, l'organe élastique comporte deux portions en appui de part et d'autre de la plaque pour assurer une fixation de l'organe élastique sur la plaque.
Selon une réalisation, une portion de l'organe élastique est une portion bombée à l’état non comprimée comprenant une face courbée, la face courbée ayant une partie déformée à l’état comprimé en appui contre la face d'extrémité de l'aimant.
Selon une réalisation, la portion bombée est creuse.
Selon une réalisation, l'organe élastique est une languette élastiquement déformable issue de matière avec la plaque, c’est-à-dire qu'il existe une continuité de matière entre la languette et la plaque.
Selon une réalisation, la languette élastiquement déformable comporte une portion arrondie venant en appui contre la face d'extrémité de l'aimant permanent.
Selon une réalisation, la languette élastiquement déformable est une portion découpée et pliée de la plaque.
Selon une réalisation, l'organe élastique a une épaisseur axiale mesurée entre la plaque et l’aimant en position comprimée maximum inférieure à une distance entre la face d'extrémité de l'aimant permanent et la face d'extrémité du flasque.
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, déjà décrite, est une vue en perspective éclatée d'un rotor muni de ressorts de maintien selon l'état de la technique;
La figure 2 est une vue en perspective d'un rotor de machine électrique tournante selon la présente invention;
La figure 3 est une vue en perspective du rotor de la figure 2 sans le flasque de fermeture des cavités ;
La figure 4 est une vue en perspective d'un premier mode de réalisation d'un flasque de fermeture des cavités selon l'invention;
La figure 5 est une vue en perspective détaillée du contact entre les îo languettes ressorts du flasque de la figure 4 et la face d'extrémité d'un aimant logé dans une cavité du corps de rotor;
La figure 6 est une vue en perspective d'un deuxième mode de réalisation du flasque de fermeture des cavités du rotor selon l'invention intégrant des organes élastiques;
Les figures 7 est une vue en coupe schématique illustrant l'expansion d'un rivet à frapper pour assurer la fixation d'un flasque avec le corps de rotor conformément à l'invention;
Les figures 8a et 8b sont des vues en perspectives illustrant différents types de pions sapins pouvant être utilisés dans l'invention pour assurer la fixation d'un flasque avec le corps de rotor;
La figure 9 est une vue en perspective d'un rivet à expansion pouvant être utilisé dans l'invention pour assurer la fixation d'un flasque avec le corps de rotor.
Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d’une figure à l’autre.
Les figures 2 et 3 montrent un rotor 10 monté sur un arbre 11 comportant un corps 12 formé par un paquet de tôles 14 réalisé dans un matériau magnétique, notamment en acier, ainsi qu'une pluralité d'aimants permanents 13 destinés à être logés dans des cavités 16 du corps 12.
Les tôles 14 du paquet empilées axialement pourront être maintenues au moyen de rivets 17 traversant axialement le rotor 10 de part en part via des trous de passage 20 correspondants (cf. figure 3). En variante, les tôles 14 sont maintenues entre elles par collage, soudage, ou boutonnage.
Le corps de rotor 12 comporte une ouverture centrale 21 pour le passage de l'arbre 11 s'étendant suivant l'axe X. L'arbre 11 peut être emmanché en force à l'intérieur de l'ouverture 21 pour lier en rotation le corps de rotor 12 avec l'arbre 11.
Dans sa partie centrale, le corps de rotor 12 comporte des évidements 22 îo pour alléger le rotor 10.
Plus précisément, dans un plan de coupe P orthogonal à l'axe X, les cavités 16 s'étendent longitudinalement suivant une direction D1, tel que montré sur la figure 3. Les cavités 16 pourront être axialement traversantes ou de configuration borgne, c'est à dire qu'elles débouchent d'un seul côté axial du corps 12. Les pôles magnétiques du rotor 10 sont formés chacun par les aimants 13 logés dans deux cavités 16 adjacentes formant un V dans le plan orthogonal P. En variante, les cavités 16 s'étendent suivant une direction radiale ou orthoradiale par rapport à l'axe X.
Chaque cavité 16 reçoit une pluralité d'aimants 13 empilés axialement les uns sur les autres. En l'occurrence, chaque cavité 16 reçoit quatre aimants 13 de forme parallélépipédique. En variante, le nombre d'aimants 13 pourra bien entendu être différent. Un aimant 13 unique peut également être inséré à l'intérieur de chaque cavité 16. Les aimants permanents 13 peuvent être réalisés en terre rare ou en ferrite selon les applications et la puissance recherchée de la machine.
Des flasques de fermeture 24 sont fixés chacun contre une face d'extrémité axiale du corps de rotor 12. Comme on peut le voir sur la figure 4, chaque flasque 24 comporte une plaque 25 munie d'une ouverture centrale 26 pour le passage de l'arbre 11. Les flasques 24 sont réalisés dans un matériau non magnétique présentant une grande rigidité mécanique, par exemple en acier amagnétique. Ces flasques 24 peuvent assurer un équilibrage du rotor 10 tout en permettant un bon maintien des aimants 13 à l'intérieur de leur cavité
16. L'équilibrage peut être effectué par ajout ou retrait de matière. Le retrait de matière peut être effectué par usinage, tandis que l'ajout de matière peut être effectué en implantant des éléments dans des ouvertures prévues à cet effet et réparties suivant la circonférence du flasque 24.
Comme cela est expliqué plus en détails ci-après, le flasque 24 comporte à sa périphérie externe des trous traversant 27 pour le passage d'organes de fixation 28.
Comme on peut le voir sur les figures 5 et 6, d'un côté axial du rotor 10, un flasque 24 est situé en vis-à-vis d’une des faces d'extrémités dont la cavité îo débouche. Le flasque 24 comprend des organes élastiques 30, 30' venant chacun en appui contre une face d'extrémité d'un aimant 13 situé à l'intérieur de la cavité 16 correspondante. L'organe élastique 30, 30' est configuré pour appliquer par déformation un effort suivant une direction axiale sur les aimants 13 afin de les maintenir en position à l'intérieur de la cavité 16 correspondante.
Dans le mode de réalisation des figures 2, 4, et 5, l'organe élastique est une languette 30 élastiquement déformable issue de matière avec la plaque 25, c’est-à-dire qu'il existe une continuité de matière entre la languette 30 et la plaque 25.
La languette 30 est obtenue par découpage et pliage, notamment par emboutissage ou frappe, d'une portion de la plaque 25. Ce découpage forme une deuxième ouverture dans la plaque en vis-à-vis de l’aimant. Lors du découpage qui pourra être notamment mécanique ou laser, on forme la languette 30, par exemple de forme rectangulaire, comportant une extrémité d'ancrage solidaire avec la plaque 25. L'extrémité libre et les bords longitudinaux de la languette sont détachés de la plaque 25 lors de l'opération de coupe. La languette 30 s'étend axialement en saillie par rapport à la fenêtre de découpe 32 correspondante. La plaque comporte donc une deuxième ouverture en vis-à-vis de l’aimant permanent (13) situé à l'intérieur de la cavité (16) et la languette (30') traverse cette deuxième ouverture (34.)
A cet effet, lors du pliage, on forme une portion arrondie saillante 31 dans la languette 30 qui est destinée à venir en appui contre une face d'extrémité de l'aimant 13. Lors de la mise en place du flasque 24 sur l'extrémité du corps de rotor 12, la languette 30 est déformée par la face d'extrémité de l'aimant
13, de sorte que la languette 30 exerce par réaction un effort axial sur les aimants 13 pour les maintenir à l'intérieur de la cavité 16 correspondante.
En l'occurrence, la languette 30 comporte une seule portion arrondie mais pourrait en variante comporter deux portions arrondies ou plus en fonction de l'application et notamment de la zone d'appui avec l'aimant 13 souhaitée.
îo Dans le mode de réalisation de la figure 6, l'organe élastique est un plot rapporté 30' fixé sur la plaque 25. Ce plot 30' est par exemple réalisé en plastique ou en caoutchouc.
Plus précisément, le plot 30' traverse une ouverture 34 de la plaque 25. L'insertion du plot élastique 30 peut par exemple être effectuée par bouterollage.
Dans l'exemple représenté, le plot 30' comporte deux portions 35, 36 en appui de part et d'autre de la plaque 25 pour assurer une fixation de l'organe élastique sur la plaque 25. Ces portions 35, 36 sont reliées entre elles par une portion de liaison 37 traversant la plaque 25 via l'ouverture 34.
Autrement dit, la plaque 25 est enserrée par les deux portions 35, 36.
La portion 36 située du côté de l'aimant 13 présente une forme bombée destinée à venir en appui contre la face d'extrémité de l'aimant 13. La portion bombée 36 est avantageusement creuse afin de lui conférer une meilleure élasticité.
Lors de la mise en place du flasque 24 sur l'extrémité du corps de rotor 12, la portion bombée 36 est déformée par la face d'extrémité de l'aimant 13, de sorte que cette portion bombée 36 exerce par réaction un effort axial sur les aimants 13 pour les maintenir à l'intérieur de la cavité 16 correspondante.
Dans tous les cas, l'organe élastique 30, 30' a une épaisseur en position comprimée maximum inférieure à une distance entre la face d'extrémité de l'aimant 13 et la face d'extrémité du flasque 24.
On décrit ci-après le procédé d'assemblage du rotor 10 qui est simplifié par rapport à une configuration classique. Ce procédé consiste d'une part à mettre en position le flasque 24 inférieur puis, à mettre en place l'ensemble formé par l'arbre 11 et le corps de rotor 12. Les aimants 13 sont ensuite insérés par paquets à l'intérieur des cavités 16.
Le flasque 24 supérieur est ensuite fixé contre une face d'extrémité du corps de rotor 12, de sorte que chaque organe élastique 30 ou 30' vient prendre appui contre une face d'un aimant 13 correspondant pour appliquer un effort axial de maintien sur les aimants 13. Un seul des flasques 24 peut être muni îo d'organes élastiques 30 ou 30', l'autre flasque 24 étant une plaque dépourvue d'organe élastique 30 ou 30'.
L'invention permet ainsi, du fait de l'intégration des organes élastiques 30,
30' dans un des flasques 24, de limiter au maximum le nombre d'étapes d'assemblage du rotor 10.
Pour assurer la fixation d'un flasque 24 sur la face d'extrémité axiale correspondante du rotor 10, des organes de fixation 28 sont insérés chacun dans un trou de fixation 27 traversant du flasque 24 et dans une ouverture borgne 40 en coïncidence ménagée dans le corps de rotor 12, tel que montré sur la figure 3. Les ouvertures borgnes 24 et, le cas échant les trous de passage 20 pour les rivets 17, pourront être situés suivant une même circonférence du corps de rotor 12.
Avantageusement, une longueur axiale de l'organe de fixation 28 est inférieure à une longueur axiale du paquet de tôle 14. On limite ainsi les perturbations magnétiques compte tenu de l'encombrement réduit des organes de fixation à l'intérieur du corps de rotor 12.
L'organe de fixation 28 est configuré pour prendre appui sur la face circonférentielle de l'ouverture borgne 40 du paquet de tôle 14.
Dans le mode de réalisation de la figure 7, l'organe de fixation est un rivet à frapper 41. L'enfoncement suivant la flèche F1 de la portion saillante 42 a pour effet d'écarter radialement, suivant les flèches F2, l'extrémité du rivet 41 qui vient ainsi en appui par expansion sur la face circonférentielle de l'ouverture borgne 40 du corps de rotor 12.
Dans le mode de réalisation des figures 8a et 8b, l'organe de fixation 28 est un pion sapin 43 muni de collerettes 44 destinées à venir en appui contre la face circonférentielle de l'ouverture borgne 40 du corps de rotor 12. A cet effet, le diamètre externe des collerettes 44 à l'état non contraint est supérieur au diamètre interne de l'ouverture borgne 40 du corps de rotor 12. Le pion sapin 43 peut comporter deux parties séparées entre elles par une fente, tel que montré sur la figure 8b.
îo Dans le mode de réalisation de la figure 9, l'organe de fixation 28 est un insert taraudé 45 à expansion comportant des dents 46 à sa périphérie externe. Son expansion à l'intérieur de l'ouverture du corps de rotor 12 est réalisée au moyen d'un outil de vissage.
Bien entendu, ces exemples ne sont aucunement exhaustifs et il sera possible d'utiliser tout autre type de dispositif analogue permettant la fixation du flasque 24 par insertion dans un trou borgne.
Par ailleurs, la machine électrique tournante comporte un stator (non représenté) entourant le rotor 10 avec présence d'un entrefer. Ce stator comporte un corps 12 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. 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 connectés en étoile ou en triangle dont les sorties sont reliées à un onduleur fonctionnant également en pont redresseur.
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 incompatibles ou exclusives les unes des autres.
Claims (9)
1. Rotor (10) de machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, comportant:
- un corps (12) comprenant des cavités (16) débouchant axialement
5 au moins d'un côté dudit corps (12),
- des aimants permanents (13) logés dans les cavités (16), et
- au moins un flasque (24) situé en vis-à-vis d'une face d'extrémité débouchante de la cavité (16), caractérisé en ce que le flasque (24) comprend au moins un organe îo élastique (30, 30') en appui contre une face d'extrémité d'un aimant permanent (13) situé à l'intérieur de la cavité (16).
2. Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps de rotor (12) est monté sur un arbre (11) s'étendant suivant un axe (X), et en ce que le flasque (24) comporte une plaque (25) munie d'une ouverture (26)
15 pour le passage de l'arbre (11 ).
3. Rotor selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe élastique est un plot (30') rapporté fixé sur la plaque (25).
4. Rotor selon la revendication 3, caractérisé en ce que le plot (30') est réalisé en plastique ou en caoutchouc.
20 5 Rotor selon l’une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la plaque comporte une deuxième ouverture en vis-à-vis de l’aimant permanent (13) situé à l'intérieur de la cavité (16) et en ce que l'organe élastique (30') traverse cette deuxième ouverture (34).
6. Rotor selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé
25 en ce que l'organe élastique (30') comporte deux portions (35, 36) en appui de part et d'autre de la plaque (25) pour assurer une fixation de l'organe élastique (30') sur la plaque (25).
7. Rotor selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une portion (36) de l'organe élastique (30') est une portion bombée à l’état non comprimée
30 comprenant une face courbée, la face courbée ayant une partie déformée à l’état comprimé en appui contre la face d'extrémité de l'aimant (13).
8. Rotor selon la revendication 7, caractérisé en ce que la portion bombée (36) est creuse.
9. Rotor selon la revendication 2 ou 5, caractérisé en ce que l'organe élastique est une languette (30) élastiquement déformable issue de matière
5 avec la plaque (25).
10. Rotor selon la revendication 9, caractérisé en ce que la languette (30) élastiquement déformable comporte une portion arrondie (31) venant en appui contre la face d'extrémité de l'aimant permanent (13).
11. Rotor selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que la îo languette (30) élastiquement déformable est une portion découpée et pliée de la plaque (25).
12. Rotor selon l'une quelconque des revendications 2 à 11, caractérisé en ce que l'organe élastique (30, 30') a une épaisseur axiale mesurée entre la plaque et l’aimant, en position comprimée maximum
15 inférieure à une distance entre la face d'extrémité de l'aimant permanent (13) et la face d'extrémité du flasque (24).
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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