FR3069974A1 - Rotor de machine electrique tournante muni d'un systeme de fixation de flasque ameliore - 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 débouchant axialement au moins d'un côté du corps de rotor (12), - des aimants logés dans les cavités, et - au moins un flasque (24) comprenant une ouverture pour le passage d'un arbre, - au moins un organe de fixation (28) du flasque (24) sur le corps de rotor (12), caractérisé en ce qu'une ouverture borgne (40) délimitée par une face circonférentielle est ménagée dans le corps de rotor (12) et en ce que - l'organe de fixation (28) est configuré pour prendre appui, notamment par expansion, sur la face circonférentielle de ladite ouverture borgne (40) du corps de rotor (12).
Description
ROTOR DE MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE MUNI D'UN SYSTÈME DE FIXATION DE FLASQUE AMÉLIORÉ
L’invention concerne un rotor de machine électrique tournante muni d'un système de fixation de flasque amélioré.
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.
Généralement, le flasque de fermeture 5 des cavités 2 est fixé contre une face d'extrémité du paquet de tôles au moyen de rivets traversants de part en part le corps de rotor. Toutefois, une telle configuration induit des risques îo de flambage des rivets à haute vitesse et un poids important augmentant l'inertie du rotor. Il existe également des contraintes importantes de positionnement des rivets afin de minimiser les perturbations électromagnétiques.
L’invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant 15 un rotor de machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, comportant:
- un corps comprenant des cavités débouchant axialement au moins d'un côté du corps de rotor,
- des aimants logés dans les cavités, et
- au moins un flasque comprenant une ouverture pour le passage d'un arbre,
- au moins un organe de fixation du flasque sur le corps de rotor, caractérisé en ce qu'une ouverture borgne délimitée par une face circonférentielle est ménagée dans le corps de rotor et en ce que
- l'organe de fixation est configuré pour prendre appui, notamment par 25 expansion, sur la face circonférentielle de ladite ouverture borgne du corps de rotor.
L'invention permet ainsi d'utiliser des organes de fixation plus courts que les rivets habituels, ce qui permet de réduire le poids du rotor ainsi que les risques de flambage à haute vitesse. Les contraintes de positionnement sont également moindres compte tenu de l'encombrement réduit des organes de fixation.
Selon une réalisation, une longueur de l'organe de fixation est inférieure à une longueur du corps de rotor.
Selon une réalisation, l'organe de fixation est un rivet d'expansion à frapper.
Selon une réalisation, l'organe de fixation est un pion sapin.
Selon une réalisation, l'organe de fixation est un insert taraudé à expansion.
Selon une réalisation, l’organe de fixation est formé par au moins une languette du flasque, notamment d’une plaque du flasdque, insérée et fixée par déformation dans le trou borgne. Cela permet d’avoir aucune pièce supplémentaire.
Selon un exemple de ce mode de réalisation, la languette comprend une base située dans le trou borgne le plus proche de la plaque du flasque et une extrémité la plus éloignée de la plaque du flasque et en ce que l’axe ou le centre du trou borgne est plus éloigné de l’extrémité de la languette que de la base de la languette . Ainsi le flasque est maintenu axialement contre le corps du rotor.
Selon un exemple de ce mode de réalisation, la languette est obtenue par découpage et pliage, notamment par emboutissage ou frappe, d'une portion d’une plaque du flasque. Lors du découpage qui pourra être notamment mécanique ou laser, on forme la languette comportant une base d'ancrage solidaire avec la plaque. L'extrémité libre et les bords longitudinaux de la languette sont détachés de la plaque lors de l'opération de coupe. La languette s'étend axialement en saillie par rapport à la fenêtre de découpe correspondante dans le trou borgne.
Selon une réalisation, le rotor comprend au moins deux trous borgne dans le corps et au moins deux organes de fixation ; Cela permet d’immobiliser en rotation le flasque par rapport au rotor.
Selon une réalisation, le corps de rotor est formé par un paquet de tôles.
Selon une réalisation, les tôles sont maintenues entre elles par collage.
Selon une réalisation, les tôles sont maintenues entre elles par soudage.
Selon une réalisation, les tôles sont maintenues entre elles par rivetage.
Selon une réalisation, les tôles sont maintenues entre elles par boutonnage.
Selon une réalisation, le corps de rotor comporte des évidements d'allègement dans sa partie centrale.
Selon une réalisation, les aimants sont implantés suivant une configuration en V.
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 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 îo 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 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 îo 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 des faces d'extrémité débouchantes des cavités 16. 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. 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.
A cet effet, lors du pliage, on forme une portion arrondie saillante 31 dans la îo 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.
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.
îo 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 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 îo 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.
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.
Selon un autre mode de réalisation non représentée, l’organe de fixation est formé par au moins une languette du paquet de tôle insérée et fixée par déformation dans le trou borgne. Cela permet d’avoir aucune pièce supplémentaire. Selon un exemple, l’organe de fixation comprend deux languettes en vis à vis insérées dans le trou borgne.
Selon un exemple de ce mode de réalisation, la languette est obtenue par découpage et pliage, notamment par emboutissage ou frappe, d'une portion d’une plaque du flasque. Lors du découpage qui pourra être notamment mécanique ou laser, on forme la languette comportant une base d'ancrage solidaire avec la plaque. L'extrémité libre et les bords longitudinaux de la languette sont détachés de la plaque lors de l'opération de coupe. La languette s'étend axialement en saillie par rapport à la fenêtre de découpe correspondante dans le trou borgne.
Par exemple pour fixer la ou les languettes dans le trou borgne, un outil peut rentrer dans le trou borgne une fois la ou les languettes et s’écarter en comprimant la ou les languette(s) dans la face circonférentielle de ladite ouverture borgne de manière à déformer cette surface. La languette et la surface du trou peuvent être déformées.
Selon un exemple, la languette comprend une base située dans le trou borgne le plus proche de la plaque du flasque et une extrémité la plus éloignée de la plaque du flasque et en ce que l’axe ou le centre du trou borgne est plus éloigné de l’extrémité de la languette que de la base de la languette. Ainsi le flasque est maintenu axialement contre le corps du rotor.
Par exemple pour déformer les languettes de cette manière, un outil comprend une ou des tiges qui rentre(nt) dans le trou borgne une fois la ou les languettes sont insérés et la tige s’écarte de l’axe ou du centre du trou de manière plus important à son extrémité (c'est-à-dire du côté du fond du trou) en comprimant la ou les languette(s) dans la face circonférentielle de ladite ouverture borgne que à la base de la tige dans le trou borgne.
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 5 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 (12)
- REVENDICATIONS1. Rotor (10) de machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, comportant:- un corps (12) formé par un paquet de tôles (14), ledit corps (12) 5 comprenant des cavités (16) débouchant axialement au moins d'un côté du corps de rotor (12),- des aimants (13) logés dans les cavités (16), et- au moins un flasque (24) comprenant une ouverture (26) pour le passage d'un arbre (11), îo - au moins un organe de fixation (28) du flasque (24) sur le corps de rotor (12), caractérisé en ce qu'une ouverture borgne (40) délimitée par une face circonférentielle est ménagée dans le corps de rotor (12) et en ce que- l'organe de fixation (28) est configuré pour prendre appui, 15 notamment par expansion, sur la face circonférentielle de ladite ouverture borgne (40) du corps de rotor (12).
- 2. Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une longueur de l'organe de fixation (28) est inférieure à une longueur du corps de rotor (12).20
- 3. Rotor selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'organe de fixation (28) est un rivet d'expansion à frapper (41).
- 4. Rotor selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l’organe de fixation (28) est un pion sapin (43).
- 5. Rotor selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'organe 25 de fixation (28) est un insert taraudé à expansion (45).
- 6. Rotor selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l’organe de fixation est formé par au moins une languette du paquet de tôle insérée et fixée par déformation dans le trou borgne.
- 7. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé 30 en ce que le corps de rotor (12) est formé par un paquet de tôles (14).
- 8. Rotor selon la revendication 7, caractérisé en ce que les tôles (14) sont maintenues entre elles par soudage ou collage.
- 9. Rotor selon la revendication 7, caractérisé en ce que les tôles (14) sont maintenues entre elles par rivetage.5
- 10. Rotor selon la revendication 7, caractérisé en ce que les tôles (14) sont maintenues entre elles par boutonnage.
- 11. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le corps de rotor (12) comporte des évidements d'allègement (22) dans sa partie centrale.îo
- 12. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les aimants (13) sont implantés suivant une configuration en V.
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2018
- 2018-07-12 EP EP18737291.7A patent/EP3662564A1/fr not_active Withdrawn
- 2018-07-12 WO PCT/EP2018/068873 patent/WO2019025150A1/fr unknown
Patent Citations (5)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3662564A1 (fr) | 2020-06-10 |
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