FR3087590A1

FR3087590A1 - Dispositif de sécurité pour un rotor d’une machine électrique

Info

Publication number: FR3087590A1
Application number: FR1910899A
Authority: FR
Inventors: Jan-Peter Jastrzembski
Original assignee: Wittenstein SE
Current assignee: Wittenstein SE
Priority date: 2018-10-18
Filing date: 2019-10-02
Publication date: 2020-04-24
Anticipated expiration: 2039-10-02
Also published as: US20200127513A1; ES2754899B2; ES2754899A1; US11233431B2; DE102018125936A1; FR3087590B1

Abstract

Dispositif de sécurité pour un rotor d’une machine électrique. Rotor pour machine électrique comportant un arbre de moteur (3) et des aimants permanents (6) disposés répartis sur l’arbre de moteur (3) qui sont sécurisés par un dispositif de sécurité contre les déplacements dans la direction axiale du rotor, dans lequel le dispositif de sécurité comporte au moins deux segments de bague. Figure pour l’abrégé : Fig.1

Description

Titre de l'invention : Dispositif de sécurité pour un rotor d’une machine électrique

Domaine technique [0001] L’invention concerne un dispositif de sécurité magnétique axial pour le rotor d’une machine électrique et une utilisation d’un rotor dans un environnement avec des vibrations mécaniques, ainsi qu’une machine électrique comportant un rotor.

Etat de la technique [0002] Les entraînements électriques risquent dans certaines circonstances de tomber en panne en raison de fortes influences de vibrations et de chocs.

[0003] De l’état de la technique sont connus des rotors pour machines électriques qui peuvent être utilisés par exemple pour un moteur synchrone, un générateur synchrone ou un moteur à courant continu sans balai (DE 10 2013 020 360 Al). Ces rotors présentent un segment d’arbre central sur lequel sont collés, disposés répartis dans la direction circonférentielle de l’arbre, des aimants qui sont maintenus par un dispositif de sécurité contre le glissement.

[0004] Toutefois, les solutions connues de l’état de la technique présentent des limitations en ce qui concerne la construction du rotor.

[0005] Description de l’invention [0006] L’invention a pour objet de proposer un dispositif amélioré et/ou d’utilisation plus flexible pour la sécurisation d’aimants permanents sur un arbre de moteur.

[0007] Selon un aspect de l’invention, il est prévu un rotor pour une machine électrique comportant un arbre de moteur et des aimants permanents disposés répartis sur l’arbre de moteur, qui sont sécurisés par un dispositif de sécurité contre les déplacements dans la direction axiale du rotor, le dispositif de sécurité comportant au moins deux segments de bague.

[0008] Un autre aspect de l’invention concerne une machine électrique avec un rotor selon l’un des modes de réalisation typiques décrits ici.

[0009] Un autre aspect de l’invention concerne l’utilisation d’un rotor selon l’un des modes de réalisation typiques décrits ici dans un environnement avec des vibrations mécaniques.

[0010] Les dispositifs de sécurité typiques dans le cadre de l’invention peuvent être montés, même si l’arbre de moteur, le rotor ou l’arbre présentent des contours de profil gênant, ainsi, par exemple, lorsqu’un montage par enfilement axial d’un dispositif de sécurité réalisé en forme de bague à l’endroit correspondant n’est pas possible par suite de contre-dépouilles axiales. Les degrés de liberté lors de la construction du rotor sont augmentés.

[0011] Les effets de force sur les aimants permanents peuvent agir radialement sous forme de force centrifuge, tangentiellement, par exemple, sous forme de couple utile ou axialement, par exemple, lorsqu’un environnement avec de fortes vibrations mécaniques ou de fortes influences de chocs agit sur le rotor.

[0012] Le montage des aimants est généralement considéré comme étant compliqué et peut être simplifié par la solution décrite ici.

[0013] De manière typique, les dispositifs de sécurité sont fabriqués à partir de matériaux à faible perméabilité magnétique, pour ne pas court-circuiter un flux magnétique passant à travers le dispositif de sécurité.

[0014] Les arbres de moteur typiques sont prévus pour être utilisés dans une machine électrique, par exemple un entraînement électrique, ou sont montés dans une machine électrique, la machine électrique comportant, par exemple, au moins l’un des composants suivants: un carter de moteur, un ou plusieurs paquets de tôles de stator à enroulement incorporé, un ou plusieurs flasques de palier, des accessoires tels que des couvercles ou boîtes de jonction ou capots. Selon la construction, il est possible, par exemple, que ces composants soient combinés entre eux ou réalisés d’une seule pièce.

[0015] Par arbre de moteur, on entend, par exemple, les arbres ou les rotors, qui sont construits, par exemple, pleins ou creux ou d’une seule pièce ou de plusieurs pièces. Dans des modes de réalisation, l’arbre de moteur est d’une seule pièce et réalisé sous forme d’arbre creux. Dans des modes de réalisation typiques de l’invention, le dispositif de sécurité comporte au moins deux segments de bague.

[0016] Les segments de bague peuvent, dans des modes de réalisation typiques, être fabriqués à partir d’une bague de circonférence complète fabriquée auparavant ou peuvent être fabriqués comme pièces individuelles. Dans le cas de plusieurs segments de bague, la division est de manière typique prévue en segments de bague égaux sur la circonférence de l’arbre, ainsi, par exemple, dans le cas de deux segments de bague, une circonférence qui correspond tout au plus à la moitié de la circonférence de l’arbre. Ainsi, les segments de bague peuvent présenter, en cas de réalisation en deux parties, de manière typique au moins 160°, de manière typique au moins 170°, de manière typique au moins 175°, de manière typique au moins 179°, ou de manière typique moins de 180°. Des modes de réalisation typiques présentent un angle de serrage d’au moins substantiellement 180°.

[0017] Dans des modes de réalisation typiques de l’invention comportant trois segments de bague ou plus, les segments de bague couvrent tout au plus la part correspondante de la circonférence de l’arbre correspondant au nombre de segments de bague.

[0018] Les segments de bague peuvent présenter, dans d’autres modes de réalisation, différentes parts angulaires de circonférence de l’arbre. Par exemple, dans le cas de deux segments de bague, l’un segment de bague peut présenter au moins substantiellement un tiers de la circonférence et l’autre peut couvrir au moins substantiellement deux tiers de l’arbre. De manière typique, d’autres divisions de la circonférence peuvent également être utilisées.

[0019] De manière typique, le dispositif de sécurité couvre entièrement l’arbre de moteur ou l’arbre de moteur en particulier le long d’une circonférence de l’arbre de moteur à l’état monté. Couvrir entièrement signifie ici de manière typique qu’au moins 95% ou au moins 98% de la circonférence sont couverts. Dans des modes de réalisation typiques à arbre de moteur entièrement couvert, il reste entre les segments de bague lors du montage par exemple tout au plus un petit interstice, de sorte que le système ne soit pas surdéterminé. De manière typique, l’interstice est très petit, par exemple d’au moins 0,1 mm, de manière typique d’au moins 0,5 mm, de manière typique d’au moins 1 mm ou de manière typique de moins de 5 mm. Les interstices ont une largeur d’au moins 0,01° ou d’au moins 0,1° ou d’au moins 1° ou de tout au plus 5°. De manière typique, les interstices typiques couvrent une plage angulaire de moins de 90°, de manière typique de moins de 20°, de manière typique de moins de 10°, de manière typique de moins de 2°. Par exemple, le dispositif de sécurité peut également ne comporter que des parties de la circonférence de l’arbre à l’endroit de montage, de sorte qu’ait lieu une sécurisation des aimants permanents disposés répartis dans la direction axiale du rotor.

[0020] Dans des modes de réalisation typiques de l’invention, le diamètre intérieur du dispositif de sécurité est plus petit que le diamètre de l’arbre d’un contour de profil gênant du rotor. Un contour de profil gênant est un contour qui empêche l’enfilement d’une bague complète sur l’arbre à un endroit de montage déterminé et où il n’existe aucune possibilité de monter, depuis les deux côtés de l’arbre, cette bague de circonférence complète à l’endroit prévu.

[0021] Un contour de profil gênant représente, par exemple, un siège de palier dont le moyen de réception de palier présente un diamètre plus grand que le diamètre de l’arbre à l’endroit où le dispositif de sécurité peut être monté sur l’arbre, de sorte que le dispositif de sécurité ne puisse pas être enfilé sur l’arbre au-dessus du siège de palier. Dans des modes de réalisation typiques, le contour de profil gênant constitue un siège de palier pour un palier d’arbre.

[0022] De manière typique, un dispositif de sécurité composé d’au moins deux segments de bague peut être utilisé pour sécuriser des aimants permanents sur des arbres sans contours de profil gênant pour les sécuriser contre un déplacement dans la direction axiale de l’arbre.

[0023] Un contour de profil gênant typique de modes de réalisation est un segment sur un arbre qui, par suite du montage de composants sur l’arbre, n’est plus accessible pour le montage d’un dispositif de sécurité réalisé sous forme de bague. Un dispositif de sécurité constitué d’au moins deux segments de bague peut offrir l’avantage de pouvoir être monté sur l’arbre à l’endroit ou sur le segment qui n’est plus accessible pour un dispositif de sécurité conçu comme bague.

[0024] Par exemple, un contour de profil gênant est disposé axialement dans la direction de l’axe du rotor par rapport au dispositif de sécurité face aux aimants permanents.

[0025] Un contour de profil gênant est, par exemple, un contour d’arbre par suite du diamètre duquel l’enfilement d’un dispositif de sécurité axial réalisé sous forme de bague ou d’une seule pièce devient impossible. Des exemples de cela sont les éléments sur un arbre qui sont positionnés axialement par butée ou qui sont sécurisés contre un déplacement par un dispositif de sécurité axialement dans la direction de l’arbre et se trouvent de manière typique dans un creux sur l’arbre. Dans un mode de réalisation typique, le diamètre des éléments est plus petit que le diamètre d’un palier d’arbre. Par exemple, le diamètre des éléments est plus petit que le diamètre d’arbre aux extrémités de l’arbre. De manière typique, le diamètre des éléments est plus petit que le diamètre d’au moins deux contours d’arbre qui se trouvent de part et d’autre de l’endroit ou du segment sur l’arbre dans la direction axiale où l’élément doit être positionné ou sécurisé. Par éléments, on peut par exemple comprendre ici: les éléments de bague de butée, les aimants permanents, les écrous d’arbre ou les paliers.

[0026] Un contour de profil gênant typique est une découpe par fraisage sur l’arbre pour l’introduction des aimants. De ce fait les côtés de la découpe par fraisage deviennent des contours de profil gênant. La sécurisation des aimants par un dispositif de sécurité d’une seule pièce est rendue difficile en cas de découpe par fraisage.

[0027] Dans un mode de réalisation typique de l’invention, les aimants sont reçus en liaison de forme dans des rainures axiales. Dans des modes de réalisation, les aimants sont collés sur le rotor pour la fixation. Dans des modes de réalisation typiques, les aimants sont fixés en liaison de forme ainsi que collés au rotor.

[0028] Dans des modes de réalisation typiques de l’invention, le dispositif de sécurité sert de face d’appui pour un bandage. Un bandage est utilisé dans des modes de réalisation pour la sécurisation des aimants permanents. Par exemple, un bandage est enroulé après le montage du dispositif de sécurité ou il est enfilé un bandage comme bandage en forme de manchon.

[0029] Dans des modes de réalisation de l’invention, le dispositif de sécurité présente une ramure ou un bord ou généralement un moyen de réception auquel peut être appliqué ou est appliqué un bandage. Dans le cas de rotors typiques avec un bandage en forme de manchon, il n’est pas prévu de butée dans certains modes de réalisation.

[0030] De manière typique, l’arbre de moteur présente deux segments avec des aimants permanents qui sont, chacun, sécurisés des deux côtés par des dispositifs de sécurité contre les déplacements axiaux. Dans des modes de réalisation, plus de deux segments avec des aimants permanents sont prévus sur un arbre de moteur, les segments étant, chacun, sécurisés des deux côtés contre le déplacement ou les mouvements dans la direction axiale de l’arbre de moteur.

[0031] Dans des modes de réalisation typiques de l’invention, les segments de bague du dispositif de sécurité présentent, chacun, une fonction de serrage ou une fonction de butée. Les segments de bague sont de manière typique conçus de sorte qu’ils présentent tant une fonction de butée qu’une fonction de serrage.

[0032] Dans des modes de réalisation, les segments de bague sont conçus de sorte qu’ils présentent soit une fonction de butée, soit une fonction de serrage, c’est-à-dire qu’il existe de manière typique au moins deux types de segments de bague dans ces modes de réalisation. La fonction de butée se réfère alors, par exemple, à une direction qui correspond à une direction axiale de l’arbre de moteur. La fonction de serrage se réfère, par exemple, à une direction axiale de l’arbre de moteur. De manière typique, le nombre des deux types de segments de bague est identique. Dans un mode de réalisation typique de l’invention, le nombre des deux types de segments de bague est différent, c’est-à-dire que de manière typique il est utilisé comme dispositif de sécurité plus de segments de bague de serrage que de segments de bague de butée ou que de manière typique il est utilisé comme dispositif de sécurité plus de segments de bague de butée que de segments de bague de serrage.

[0033] De manière typique, les joints des segments de bague de butée et des segments de bague de serrage sont montés de manière tournée l’un par rapport à l’autre d’un angle circonférentiel par rapport à un axe de l’arbre. Par exemple, les joints sont tournés pour chaque fois deux segments de bague de butée et deux segments de bague de serrage l’un par rapport à l’autre d’au moins substantiellement 90°. Les joints entre les segments de bague de butée et les joints entre les segments de bague de serrage sont tournés de manière typique d’un angle d’au moins substantiellement 90° par rapport à la direction circonférentielle de l’arbre. De manière typique, l’angle entre les joints des segments de la bague de serrage et les joints des segments de bague de butée est modifié par rapport à un axe de l’arbre d’au moins substantiellement 360°/(2 x (le nombre de segments de bague de butée ou de segments de bague de serrage)) ou de manière typique modifié de tout au plus 360°/(2 x (le nombre de segments de bague de butée ou de segments de bague de serrage) ou de manière typique modifié d’au moins 360°/(2 x (le nombre de segments de bague de butée ou de segments de bague de serrage)).

[0034] Par exemple, les joints des segments de bague de butée et des segments de bague de serrage sont tournés l’un par rapport à l’autre autour de l’axe de l’arbre, de sorte que les joints des segments de bague de serrage et des segments de bague de butée ne tombent pas l’un sur l’autre ou ne se trouvent pas côte à côte. De manière typique, les joints sont tournés d’au moins 5°, d’au moins 10° ou d’au moins 20° ou de tout au plus 90° par rapport à l’axe de l’arbre. Dans des modes de réalisation typiques de l’invention, les joints des segments de bague de serrage et des segments de bague de butée se trouvent juxtaposés ou se situent au moins substantiellement l’un au-dessus de l’autre.

[0035] Dans des modes de réalisation typiques de l’invention, les segments de bague de serrage couvrent une plus petite partie de la circonférence complète de l’arbre que les segments de bague de butée. Par exemple, les segments de bague de serrage sont montés de sorte qu’ils exercent une fonction de serrage sur un seul segment de bague de butée ou qu’ils surplombent le joint entre deux segments de bague de butée et exercent une fonction de serrage sur deux segments de bague de butée. Les segments de bague de butée sont, dans des modes de réalisation typiques, plus petits que les segments de bague de serrage. Les segments de bague de serrage typiques serrent un segment de bague de butée, d’autres segments de bague de serrage typiques serrent deux segments de bague de butée ou plus.

[0036] Dans des modes de réalisation typiques de l’invention, le dispositif de sécurité est monté ou même sécurisé en le vissant radialement. De manière typique, les dispositifs de sécurité de modes de réalisation sont vissés axialement ou tangentiellement sur l’arbre par-dessus des joints des segments de bague. Des vissages ou des vissages multiples sont en général possibles dans les modes de réalisation, mais pas de manière obligatoire.

[0037] L’avantage d’un vissage radial du dispositif de sécurité est qu’il peut être monté sur des arbres - par exemple des arbres creux - avec une économie de place.

[0038] De manière typique, le rotor comporte deux ou au moins deux parties actives. Une partie active est un segment indépendant d’un aménagement d’aimants permanents sur la surface d’un arbre dans la direction circonférentielle qui occupe un segment vu dans la direction axiale. Deux parties actives permettent un fonctionnement redondant du rotor en cas de limitations de fonctionnement de l’extérieur. Deux parties actives peuvent augmenter davantage la disponibilité de l’entraînement. Des modes de réalisation typiques de l’invention présentent exactement une ou au moins une partie active avec des aimants permanents sur l’arbre. Une partie active peut également être appelée segment actif dans lequel sont montés des aimants.

[0039] De manière typique, une machine électrique qui utilise un rotor décrit ci-dessus est un moteur synchrone à excitation par aimant permanent. D’autres exemples de machines électriques de modes de réalisation comprennent les machines à rotor externe.

Brève description des dessins [0040] Ci-après sont expliqués plus en détail des modes de réalisation de l’invention à l’aide des dessins, dans lesquels:

[0041] La figure 1 montre un rotor en coupe longitudinale avec deux segments actifs, des bandages, des segments de bague de serrage et de butée montés, ainsi que des aimants et des contours de profil gênant.

[0042] La figure 2 montre un rotor en vue de face avec des segments de bague de serrage et de butée préparés pour le montage qui doivent être montés radialement.

[0043] La figure 3 montre un rotor en vue éclatée d’ensemble avec deux parties actives et les dispositifs de sécurité respectifs des aimants permanents avec un dispositif de sécurité réalisé en forme de segments de bague.

[0044] Description des modes de réalisation représentés dans les figures [0045] Ci-après sont décrits des modes de réalisation typiques de l’invention, dans lesquels sont utilisés pour des parties identiques ou similaires les mêmes numéros de référence et ne seront pas expliqués à nouveau avec chaque figure. L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation typiques décrits ci-dessous.

[0046] A la figure 1 est illustrée une vue en coupe longitudinale schématisée de l’arbre de moteur 3 avec deux parties actives qui présentent, chacune, des aimants 6. Les aimants permanents 6 sont positionnés par des segments de bague de butée 1 et des segments de bague de serrage 2 axialement sur l’arbre 3 et sécurisés contre un déplacement dans la direction axiale de l’arbre de moteur 3.

[0047] Les segments de bague de serrage 2, qui sont positionnés, chacun, de part et d’autre des aimants permanents, sont, dans le mode de réalisation illustré, fixés radialement à l’arbre 3 au moyen d’un vissage 7.

[0048] Dans d’autres modes de réalisation, le vissage a lieu selon une orientation axiale ou tangentielle.

[0049] Les aimants permanents sont en outre sécurisés par un bandage 4 contre les forces radiales. Les bandages 4 sont placés sur les segments de bague de butée 1.

[0050] D’autres modes de réalisation typiques présentent deux segments de bague de butée et un seul segment de bague de serrage entre deux parties actives.

[0051] De manière typique, les aimants permanents sont collés à l’arbre. Des modes de réalisation typiques présentent, en outre ou exclusivement, une liaison de forme entre l’arbre et les aimants permanents. Les modes de montage mentionnés empêchent un dégagement des aimants de l’arbre.

[0052] De manière typique, il est utilisé des bandages qui, dans des modes de réalisation, par exemple, tels que décrits ci-dessus, sont enfilés sur les aimants permanents sous forme de manchons, ou des bandages qui sont enroulés sur les aimants permanents.

[0053] L’arbre de moteur 3 présente des contours de profil gênant 5 qui représentent, chacun, une butée axiale pour un palier d’arbre. Dans d’autres modes de réalisation, le contour de profil gênant représente une structure pour le montage d’un capteur de position.

[0054] A la figure 2 est représentée une vue schématisée d’un arbre de moteur 3. L’arbre de moteur 3 de l’exemple de réalisation représenté sur la figure 2 est conçu comme arbre creux.

[0055] L’exemple de réalisation qui est représenté à la figure 2 présente un dispositif de sécurité qui comporte des segments de bague de serrage 2 et des segments de bague de butée 1. Les joints des segments de bague de serrage 2 et des segments de bague de butée 1 sont tournés de 90° l’un par rapport à l’autre autour de l’axe d’arbre. Dans ce mode de réalisation, les segments de bague de butée 1 présentent un contour pour l’application d’un bandage (non représenté à la figure 2).

[0056] A la figure 3 sont représentés en vue éclatée schématisée les mêmes aspects qu’aux figures décrites auparavant. Le mode de réalisation représenté à la figure 3 présente deux parties actives indépendantes qui sont sécurisées, chacune, de part et d’autre, chacune, par un segment de bague de serrage 2 et un segment de bague de butée 1. Les joints des segments de bague de butée 1 et des segments de bague de serrage 2 sont disposés tournés de 90° l’un par rapport à l’autre autour de l’axe de l’arbre 3.

[0057] L’exemple de mode de réalisation représenté à la figure 3 présente un arbre de moteur 3 réalisé sous forme d’arbre creux. Les segments de bague de serrage 2 du mode de réalisation représenté à la figure 3 présentent des alésages pour un vissage radial à l’arbre de moteur 3.

Liste de numéros de référence [0058] Segment de bague de butée [0059] Segment de bague de serrage [0060] Arbre de moteur [0061] Bandage [0062] Contour de profil gênant [0063] Aimants (aimants permanents) [0064] Vissage

Claims

Revendications [Revendication 1] Rotor pour une machine électrique comportant un arbre de moteur (3) et des aimants permanents (6) disposés répartis sur l’arbre de moteur (3) qui sont sécurisés par un dispositif de sécurité contre les déplacements dans la direction axiale du rotor, dans lequel le dispositif de sécurité comporte au moins deux segments de bague. [Revendication 2] Rotor selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de sécurité entoure complètement l’arbre du moteur (3) à l’état monté. [Revendication 3] Rotor selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le diamètre intérieur du dispositif de sécurité est plus petit que le diamètre d’arbre d’un contour de profil gênant (5) du rotor. [Revendication 4] Rotor selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de sécurité sert en même temps de face d’appui pour un bandage pouvant être réalisé de manière optionnelle (4). [Revendication 5] Rotor selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le contour de profil gênant (5) constitue un siège de palier pour un palier d’arbre de l’arbre de moteur (3). [Revendication 6] Rotor selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’arbre de moteur (3) présente, dans la direction axiale de l’arbre de moteur (3), deux segments avec des aimants permanents (6) qui sont sécurisés de part et d’autre par des dispositifs de sécurité contre des déplacements axiaux. [Revendication 7] Rotor selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les segments de bague du dispositif de sécurité présentent, chacun, une fonction de serrage et/ou une fonction de butée. [Revendication 8] Rotor selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les segments de bague du dispositif de sécurité axiale comportent des segments de bague de serrage (2) qui constituent une bague de serrage et des segments de bague de butée (1) qui constituent une bague de butée. [Revendication 9] Rotor selon la revendication 8, dans lequel les joints respectifs des segments de bague de butée (1) et des segments de bague de serrage (2) sont montés tournés selon un angle l’un par rapport à l’autre. [Revendication 10] Rotor selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’arbre de moteur (3) est réalisé d’une seule pièce et sous forme d’arbre creux. [Revendication 11] Machine électrique comportant un carter de machine, un stator et un rotor selon l’une des revendications précédentes.

[Revendication 12]

Utilisation d’un rotor selon l’une des revendications 1 à 10 dans une machine électrique, en particulier dans un environnement avec des vibrations mécaniques.