FR3107999A1 - Rotor pour machine électromagnétique à flux axial - Google Patents

Abstract

L’invention concerne un rotor (100) pour machine électromagnétique à flux axial comprenant un corps (110) en forme globale de disque, avec un bord périphérique présentant au moins une encoche (120) délimitée par au moins deux bords (121), et au moins un aimant permanent (130) qui est situé dans ladite encoche et qui présente au moins deux bords (131) en regard des au moins deux bords de l’encoche. Selon l’invention, un des bords de l’encoche s’étend en longueur selon une ligne moyenne (D1) et présente une section transversale à cette ligne moyenne dont la forme varie le long de la ligne moyenne de façon à former au moins un premier relief (140), et en ce qu’une partie de l’un des bords de l’aimant permanent présente au moins un second relief (141) de forme correspondante, en négatif, pour épouser la forme dudit au moins un premier relief. Figure pour l’abrégé : figure 1.

Description

Rotor pour machine électromagnétique à flux axial

Domaine technique de l'invention

La présente invention concerne de manière générale les machines électriques à flux axial.

Elle concerne plus particulièrement un rotor de machine électrique à flux axial comprenant:
- un corps en forme globale de disque, avec un bord périphérique présentant au moins une encoche délimitée par au moins deux bords, et
- au moins un aimant permanent qui est situé dans ladite encoche et qui présente au moins deux bords respectivement en regard des au moins deux bords de l’encoche.

L’invention trouve une application particulièrement avantageuse dans les moteurs électriques de véhicules automobiles électriques ou hybrides.

Etat de la technique

Une machine électrique à flux axial comprend généralement deux stators et un rotor, des entrefers séparant ces deux types d’éléments. Le rotor porte une série d'aimants permanents, tandis qu'une série de bobines est portée par les stators.

Quand les bobines sont alimentées par un courant électrique, le rotor, qui est solidarisé à l'arbre de sortie du moteur, est soumis à un couple résultant du champ magnétique (le flux magnétique créé étant un flux axial pour une machine électrique à flux axial).

La demande de machines électriques pouvant délivrer une puissance mécanique élevée tout en gardant un poids et un encombrement réduits est actuellement très forte.

Une façon judicieuse d’augmenter la puissance mécanique délivrée par un moteur électrique consiste à augmenter la vitesse de rotation du rotor. Il est également possible d’augmenter son couple mais cela présente certains désavantages comme l’augmentation du poids et/ou de l’encombrement du moteur ou l’augmentation des pertes par effet Joule.

Ainsi, pour garder des moteurs à faible encombrement, des rotors légers et aptes à supporter des vitesses de rotation élevées ont été conçus.

On connaît notamment du document US2011006631 un tel rotor. Ce rotor présente une forme globale de disque, avec des encoches en creux dans son bord périphérique.

Des aimants permanents, dont la forme est adaptée à la forme des encoches, sont insérés dans ces encoches. Pour parfaire la fixation de ces aimants permanents dans les encoches, les bords des aimants permanents sont rainurés de façon à pouvoir s’emboîter sur des nervures prévues le long des bords des encoches. Classiquement une couche de colle est disposée dans la rainure pour assurer la fixation.

Le principal désavantage d’un tel rotor réside dans la possibilité de détachement des aimants permanents du corps du rotor en cas de rotation du rotor à très grande vitesse. En effet, les aimants permanents subissent de fortes contraintes radiales, dues à la force centrifuge lorsque le rotor est en rotation autour de son axe de rotation.

Il convient donc de concevoir un rotor qui puisse mieux résister aux efforts qu’il subit tout en maximisant le flux magnétique dans l’entrefer.

Présentation de l'invention

Afin de remédier à l’inconvénient précité de l’état de la technique, la présente invention propose de renforcer la fixation de chaque aimant permanent dans le corps du rotor.

Plus particulièrement, on propose selon l’invention un rotor tel que défini en introduction, dans lequel au moins un des bords de l’encoche s’étend en longueur selon une ligne moyenne et présente une section transversale à cette ligne moyenne dont la forme varie le long de la ligne moyenne de façon à former au moins un premier relief et dans lequel une partie au moins d’un des bords de l’aimant permanent, en regard dudit au moins un des bords de l’encoche, présente au moins un second relief de forme correspondante, en négatif, pour épouser la forme dudit au moins un premier relief.

Ainsi, grâce à l’invention, la surface de l’aimant permanent collée au corps est augmentée.

Des difficultés d’usinage et de montage pourraient dissuader de façonner des reliefs sur le bord de l’encoche et sur le bord de l’aimant permanent.

Cependant, une surface de collage plus grande entre l’aimant permanent et le corps assure un meilleur maintien de l’ensemble et notamment une meilleure résistance aux forces centrifuges. La normale à la surface de collage présentant une direction en outre variable, les contraintes dues aux forces centrifuges sont reparties entre contraintes de traction et contraintes de cisaillement. L’efficacité du collage s’en trouve accrue. La probabilité de détachement des aimants permanents du corps est alors grandement diminuée.

De plus, puisque la résistance aux forces centrifuges est augmentée par la surface de collage plus importante, il est possible d’affiner voire de supprimer tout accessoire supplémentaire de maintien des aimants tel que des disques de support enserrant le rotor ou une couche de colle enveloppant le rotor. Cela permet d’une part de réduire le poids du rotor et d’autre part de diminuer la distance de l’entrefer pour maximiser la circulation du flux magnétique.

Avantageusement, un interstice est prévu entre ledit au moins un des bords de l’encoche et ledit au moins un des bords de l’aimant permanent, ledit interstice s’étendant sur au moins une partie de la longueur dudit au moins un bord de l’encoche et sur une partie seulement de l’épaisseur dudit corps.

Ainsi, l’effet d’une couche de colle ou de vernis enveloppant le rotor est grandement amélioré. L’interstice augmente l’épaisseur de la couche de colle ou de vernis entre le bord de l’encoche et le bord de l’aimant permanent. Cette couche est plus épaisse et donc plus élastique, cela permet de mieux absorber les légers déplacements de l’aimant permanents par rapport au corps liés aux forces centrifuges.

Avantageusement, ledit aimant permanent comprend un corps magnétique et une enveloppe qui entoure au moins partiellement le corps magnétique, ledit corps magnétique présente un relief de forme correspondant à celle dudit au moins un second relief. Adapter la forme du corps magnétique à la forme du bord de l’encoche permet de maximiser le volume du corps magnétique par rapport au volume total de l’aimant permanent (et donc par rapport au volume du rotor) et ainsi d’améliorer les performances magnétiques du rotor.

Avantageusement, une frette entoure la périphérie de l’ensemble formé par ledit corps et ledit au moins un aimant permanent, et, à l’état démonté, le diamètre interne de la frette est en partie inférieure au diamètre externe dudit ensemble.

Avoir une frette de diamètre en partie inférieure au diamètre de l’ensemble formé du corps et des aimants permanents permet d’assurer un très bon maintien des aimants permanents dans les encoches, ceci tout en facilitant sa mise en place par son extrémité de plus grand diamètre. Avec une telle frette déjà sous contrainte, le maintien des aimants permanents dus aux forces centrifuges est réduit. De plus, cette géométrie de la frette permet d’améliorer la répartition d’une colle, disposée entre la frette et le corps, lors de la mise en place de la frette.

D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du rotor conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :
-ledit au moins un des bords de l’encoche présente une pluralité de premiers reliefs et ledit au moins un des bords de l’aimant permanent présente une pluralité de seconds reliefs de forme correspondante, en négatif, pour épouser la forme de la pluralité de premiers reliefs;
- ledit au moins un premier relief présente des faces planes;
- ledit au moins un bord de l’aimant permanent est en contact sur toute sa longueur avec ledit au moins un bord de l’encoche;
- la normale en tout point de la surface dudit au moins un premier relief est orientée vers l’extérieur de l’encoche;
- ledit un des bords de l’encoche présente une nervure ou une rainure s’étendant sur au moins une partie de sa longueur et ledit aimant permanent présente respectivement une rainure ou une nervure de forme correspondante (pour préférentiellement former un emboitement serré); et
- ladite au moins une encoche s’étend sur toute l’épaisseur dudit corps.

Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'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.

Description détaillée de l'invention

La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée.

Sur les dessins annexés:

est une vue schématique de face d’un rotor de machine électrique;

est une vue schématique en perspective éclatée d’une partie du rotor de la figure 1 représentant un aimant permanent avant son insertion dans une encoche;

est une vue en coupe selon le plan A-A de la figure 2;

est une vue en coupe selon le plan B-B de la figure 2;

est une vue en coupe selon le plan C-C de la figure 1;

est une vue en coupe selon le plan D-D de la figure 1;

illustre schématiquement la figure 6 avant assemblage du rotor.

Sur la figure 1, on a représenté un rotor 100 de machine électrique. Le rotor 100 comprend un corps 110, une pluralité d’aimant permanent 130 et une frette 150.

Le corps 110 a une forme globale de disque, en ce sens qu’il est sensiblement circonscrit à un cylindre de révolution autour d’un axe ci-après appelé axe de rotation A1. Il présente une hauteur (dimension du corps selon l’axe de rotation A1) qui est très inférieure au diamètre. Dans la description qui suit, cette hauteur est appelée épaisseur du corps 110. Le corps 110 possède ainsi deux faces circulaires planes, parallèles entre elles et perpendiculaires à l’axe de rotation A1 du rotor 100, une des deux faces étant visible sur la figure 1.

Comme le montre la figure 1, le corps 110 présente un évidement central adapté à recevoir un arbre de transmission s’étendant le long de l’axe de rotation A1. Le rotor 100 est prévu pour être fixé à cet arbre de transmission qu’il est destiné à entraîner.

Le corps 110 peut par exemple être réalisé à base d’aluminium, d’acier, de fer, de titane ou en un alliage contenant ces métaux. Il est par exemple réalisé par un empilage de tôles de métal d’une épaisseur inférieure ou égale au millimètre. Ces plaques de tôles sont ici courbes et empilées radialement. Elles s’étendent sur toute la hauteur du corps 101. Ainsi, les pertes dans le stator dues aux courants de Foucault sont limitées. Le corps 110 est de préférence constitué de matière composite renforcée en fibres de verre ou de carbone.

Comme le montre la figure 2, le corps est composé de trois couches, deux couches extérieures 112, 114 et une couche centrale 113, ayant des formes globalement identiques. Ces trois couches, empilées selon l’axe de rotation A1, forment le corps 110. En variante, le corps 110 peut être usiné à partir d’un bloc unique.

Comme cela apparaît en figure 1, le corps 110 possède une pluralité d’encoches 120 en creux dans son bord périphérique. Ici, le corps 110 possède douze encoches 120 identiques. Les encoches 120 sont réparties régulièrement sur toute la périphérie du corps 110. Ceci permet d’assurer un bon équilibre du rotor 110 lorsque celui-ci est en rotation.

Comme c’est le cas sur la figure 2, chaque encoche 120 s’étend de préférence sur toute l’épaisseur du corps 110. Cela présente l’avantage de fournir deux surfaces de travail opposées. Un tel rotor 100 peut ainsi par exemple être encadré par deux stators pour fournir plus de puissance mécanique.

Chaque encoche 120 présente une forme globale de U aux bras écartés, avec deux bords latéraux 121 d’extension sensiblement radiale et un fond ici appelé bord intérieur 122.

Ici, le bord 122 intérieur est rectiligne (c’est une surface plane). En variante, le bord intérieur 122 peut être courbe, par exemple avec le même rayon de courbure que le corps 110.

Encore en variante l’encoche 120 pourrait présenter une forme en V et posséder uniquement deux bords latéraux, le bord intérieur 122 étant alors assimilé à l’arrête formée par le contact des deux bords latéraux 121.

Ici, chaque encoche 120 a globalement trois bords droits dont deux bords latéraux 121 qui s’écartent l’un de l’autre depuis le centre du corps 110 vers l’extérieur de ce dernier. Cette géométrie permet une insertion radiale simple des aimants permanents 130 dans les encoches 120, par un simple mouvement d’engagement selon une direction radiale A2 (par rapport à l’axe de rotation A1).

Avantageusement, comme le montre la figure 2, les bords latéraux d’une encoche 120 sont pourvus chacun d’une rainure 160 s’étendant en longueur selon une direction sensiblementradiale. Chaque rainure 160 présente une section transversale en U et est délimité entre deux parois latérales 161. Comme le montrent les figures 3 et 4, les parois latérales 161 délimitant ce U sont ici formées par les deux couches 112, 114 extérieures du corps 110. Chaque rainure 160 est ici située à mi-distance des deux faces circulaires du corps 110.

De plus, le bord intérieur 122 peut présenter un relief, par exemple formé par une différence d’extension radiale des couches extérieures 112, 114 par rapport à la couche centrale 113. Le bord intérieur 122 peut donc présenter une rainure similaire à la rainure 160 d’un bord latéral 121 de l’encoche 120. L’aimant permanent 130 présente alors une forme complémentaire pour s’emboiter dans ce relief.

Chaque rainure 160 est conçue de façon à s’emboiter avec une nervure 170 prévue en correspondance sur l’aimant permanent 130, en saillie de ses bords latéraux. Cet assemblage de type rainure et nervure assure une résistance élevée du rotor 100 par rapport aux efforts axiaux que subissent les aimants permanents 130 lorsque que le moteur électrique est en fonctionnement et que les aimants permanents 130 sont attirés vers les bobines du stator.

En variante, on pourrait prévoir que chaque nervure s’étende en saillie du bord latéral de l’encoche et que chaque rainure s’étende en creux dans l’un des bords latéraux de l’aimant permanent 130.

Chaque bord latéral 121 de l’encoche 120 s’étend en longueur (ici dans une direction orthogonale à l’axe de rotation A1) selon une ligne moyenne D1. Ici, la ligne moyenne D1 est une droite. En variante, la ligne moyenne pourrait être une courbe.

On définit ici la ligne moyenne D1 comme la ligne passant en moyenne au plus près des centres géométriques des surfaces formées par les sections du bord latéral (le plan de section considéré étant orthogonal au rayon selon lequel s’étend sensiblement ce bord). Ainsi, la ligne moyenne peut par exemple être définie comme une droite de régression linéaire sur les positions des centres géométriques des surfaces formées par les sections du bord latéral.

Chaque aimant permanent 130 a une forme adaptée à l’encoche 120 dans laquelle il est inséré. Comme le montrent les figures 1 et 2, chaque aimant permanent 130 a donc ici une forme globalement trapézoïdale. Chaque aimant permanent 130 a une épaisseur (dimension selon l’axe de rotation A1) sensiblement égale à l’épaisseur du corps 110.

Chaque aimant permanent 130 possède ainsi deux bords d’aimant 131 situés en regard des bords latéraux 121 de l’encoche 120 dans laquelle il est inséré. Les bords d’aimant 131 ont une géométrie quasi-identique, en négatif, à la géométrie des bords latéraux 121. Les bords d’aimant 131 sont notamment pourvus d’une nervure 170 s’emboitant, à un jeu de montage près, dans la rainure 160.

Selon l’invention, l’un au moins des bords latéraux 121 de chaque encoche 120, s’étendant en longueur selon la ligne moyenne D1 qui lui est associée, présente une section transversale à cette ligne moyenne dont la forme varie le long de la ligne moyenne de façon à former au moins un premier relief 140, et au moins une partie du bord d’aimant 131 au contact du bord latéral 121 présente un second relief 141 de forme correspondante, en négatif, pour épouser la forme du premier relief 140.

Ici, les deux bords latéraux des encoches 120 sont identiques.

Sur la figure 3, on a représenté un premier plan de coupe A-A du bord latéral 121 de la figure 2 qui représente une première section transversale au niveau d’un premier relief 140. Sur la figure 4, on a représenté un deuxième plan de coupe B-B du bord latéral 121 de la figure 2 qui représente une deuxième section transversale dans une zone dépourvue de premier relief 140.

Comme le montre les figures 3 et 4, la forme de la section transversale à la ligne moyenne D1 varie le long de la ligne moyenne D1 entre les deux plans de coupe A-A et B-B. Ici, puisque les premiers reliefs 140 sont en saillie du bord latéral 121, les parois latérales 161 délimitant la rainure 160 sont plus hautes pour la première section transversale que pour la deuxième section transversale. En d’autres termes la rainure 160 est plus profonde au niveau d’un premier relief 140 que dans une zone dépourvue de premier relief 140.

Ici, la forme de la section transversale à la ligne moyenne D1 est une forme en U dont la profondeur varie linéairement par section le long de la ligne moyenne D1 entre une profondeur minimum et une profondeur maximum.

Les reliefs 140, 141 augmentent la surface de contact entre l’aimant permanent 130 et le corps 110, plus précisément entre le bord latéral 121 de l’encoche 120 et le bord d’aimant 131.

Ici, comme le montre la figure 6, une couche de colle 190 est disposée entre l’aimant permanent 130 et le corps 110 au niveau de l’encoche 120 (sur le corps 110 et/ou sur l’aimant permanent 130). Cette couche de colle 190 a pour but d’assurer le maintien de l’aimant permanent 130 dans l’encoche 120 lorsque le rotor 100 est en rotation et que l’aimant permanent 130 est soumis à des forces centrifuges importantes (d’autant plus importantes que la vitesse de rotation est élevée).

Par conséquent, augmenter la surface de contact permet d’augmenter la surface de collage, ce qui assure un meilleur maintien de l’aimant permanent 130 dans l’encoche 120.

De plus, grâce à l’invention, les directions normales à la surface de contact, c’est-à-dire à la surface de collage, sont variées. Cela permet de mieux répartir les contraintes que subie la couche de colle entre contraintes en traction et contraintes en cisaillement lorsque le rotor 100 est en rotation.

Dans la direction axiale, ici selon l’axe de rotation A1, l’aimant permanent 130 est principalement retenu par les rainures 160 latérales. Réaliser le corps 110 dans un matériau résistant, par exemple en matériau composite renforcée en fibres de verre ou de carbone, permet un maintient axial efficace de l’aimant permanent 130.

Avantageusement, chaque bord latéral 121 possède une pluralité de premiers reliefs 140 et chaque bord d’aimant 131 possède une pluralité de seconds reliefs 141 correspondants. La surface de collage est ainsi encore augmentée ce qui accroit le maintien de l’aimant permanent 130 dans l’encoche 120.

Comme le montre la figure 2, chaque bord latéral 121 possède cinq premiers reliefs 140 sur chacune des deux parois latérales 161 délimitant la rainure 160. Ici, les premiers reliefs 140 donnent aux faces d’extrémités des parois latérales 161 de la rainure 160 une forme en zigzag ou en dents de scie qui est constituée de lignes brisées.

Par correspondance, chaque bord d’aimant 131 possède dix seconds reliefs 141:cinq de chaque côté de la nervure 170.

Ici, les premiers reliefs 140 sont des reliefs en saillies des faces d’extrémités des parois latérales 161 de la rainure 160 et les seconds reliefs 141 sont des renfoncements dans le bord d’aimant 131.

En variante, les premiers reliefs 140 situés sur les bords latéraux 121 des encoches 120 (plus précisément sur les parois latérales 161 des rainures 160) pourraient être des renfoncements et les seconds reliefs 141 pourraient être en saillies du bord d’aimant 131. On peut également prévoir que les premiers reliefs 141 comprennent à la fois des reliefs en saillie et des renfoncements et que les seconds reliefs 141 comprennent des renfoncements et des reliefs en saillie correspondants.

On pourrait aussi prévoir que les premiers reliefs soient situés dans le fond de la rainure et que les seconds reliefs soient situés sur la nervure.

De façon préférentielle, chaque premier relief 140 présente des faces planes. Cela implique que les seconds reliefs 141 correspondants présentent également des faces planes. Sur la figure 2, chaque premier relief 140 possède deux faces d’extrémité rectangulaires reliées ensemble par une arrête et deux faces latérales triangulaires (ici des triangles isocèles).

Utiliser des faces planes pour les reliefs 140, 141 présente des facilités d’usinage.

De préférence, le bord d’aimant 131 est en contact sur toute sa longueur avec le bord latéral 121 de l’encoche 120. Ainsi, la surface de contact entre l’aimant permanent 130 et l’encoche 120 est maximum.

Le fait que le bord d’aimant 131 permanent soit en contact sur toute sa longueur avec le bord latéral 121 de l’encoche 120 signifie que le bord latéral 121 possède une unique surface de contact contiguë avec le bord d’aimant 131 qui lui est associé, cette surface contiguë s’étendant du bord intérieur 122 à la périphérie du corps 110. On peut alors qualifier l’emboitement de complet.

Pour pouvoir assembler le rotor, chaque premier relief 140 est orienté de manière à ce que l’aimant permanent 130 puisse être engagé dans l’encoche 120 selon une direction radiale A2.

Selon une caractéristique avantageuse de l’invention, la surface de chaque premier relief 141 est toujours orientée vers l’extérieur de l’encoche 120 (vers la périphérie), par opposition au bord intérieur 122. La surface de chaque premier relief 141 n’est ainsi jamais orientée vers le bord intérieur 122. Dans un cas limite, la surface de chaque premier relief 141 est orthogonale avec la surface du bord intérieur 122.

Comme cela est représenté sur la figure 1, les surfaces de chaque premier relief 141 sont orientées vers l’extérieur de l’encoche 120. Par extérieur de l’encoche on entend également, à l’extrême limite, une orientation selon une direction perpendiculaire à la direction radiale A2.

Ici, comme le montre la figure 6, lorsque le rotor 100 est assemblé, un interstice 143 est localisé sur au moins une partie de la longueur de chaque bord latéral 121, entre le corps 110 et l’aimant permanent 130. Cet interstice s’étend sur une partie seulement de l’épaisseur du corps 110.

Pour former cet interstice 143, on peut prévoir par exemple, que la hauteur de la nervure 170 prévues en saillie de chaque bord d’aimant 131 soit légèrement plus grande que la profondeur de la rainure 160 correspondante. Ainsi, les premiers 140 et seconds 141 reliefs se font face à une faible distance.

Classiquement, une fois le rotor 100 assemblé, celui-ci est vernis avec une couche de colle externe qui enveloppe le rotor 100. La couche de colle externe peut être déposée sous forme d’aérosol par pulvérisation ou encore par immersion du rotor 100 dans un bain de colle liquide.

Lors de cette étape, la couche de colle externe va donc s’infiltrer dans la l’interstice 143. L’interstice 143 augmente l’épaisseur de la couche de colle entre le bord latéral 121 et l’aimant permanent 130 (c’est-à-dire entre le bord latéral 121 et le bord d’aimant 131). La couche de colle est plus épaisse et donc plus élastique. Cela permet de mieux absorber les légers déplacements de l’aimant permanent 130 par rapport au corps 110 lorsqu’il subit des forces centrifuges. La colle peut légèrement se déformer sans se fissurer ou rompre.

Pour renforcer encore plus la fixation de l’aimant permanent 130 dans l’encoche 120 on peut prévoir de disposer une couche de colle entre le bord intérieur 122 et le bord interne 132 de l’aimant permanent 130.

Toutes les caractéristiques avantageuses de l’invention présentées ci-dessus assurent un meilleur maintien des aimants permanents 130 dans le corps 110. Il est donc possible d’affiner la couche de colle externe. On peut aussi prévoir de ne pas utiliser de disque de support (de tels disques supports sont généralement utilisés pour prendre le rotor en sandwich afin de le consolider). Cela a pour effet d’une part d’alléger le rotor 100 et d’autre part de réduire la distance de l’entrefer (entre le rotor 100 et le stator) et donc d’augmenter les performances du moteur.

Comme le montre les figures 1 et 2, en plus des deux bords d’aimant 131, chaque aimant permanent 130 possède un bord interne 132 plan et un bord externe 180.

Le bord interne 132 s’applique contre le bord intérieur 122 de l’encoche 120. Le bord externe 180 affleure la périphérie du corps 110. Le bord externe 180 est courbe et possède le même rayon de courbure que le corps 110. Ainsi, la surface périphérique du rotor 110 est cylindrique.

Chaque aimant permanent 130 possède une enveloppe 135 et un corps magnétique 136.

Le corps magnétique 136 est la partie de l’aimant permanent 130 qui génère un champ magnétique statique. Il peut par exemple être composé d’un assemblage néodyme fer bore ou samarium cobalt.

Ici, chaque corps magnétique 136 est composé d’une pluralité d’aimants unitaires dont la longueur s’étend sur toute l’épaisseur de l’aimant permanent 130 et dont la section est hexagonale. Utiliser une pluralité d’aimants unitaires permet de réduire les pertes par courants de Focault par rapport à un aimant unique de même taille. En variante, les aimants unitaires pourraient avoir une section différente, par exemple carrée, triangulaire ou ronde.

L’enveloppe 135 entoure le corps magnétique 136 au niveau des bords de l’encoche 120 et de la périphérie du corps 110. L’enveloppe 135 ne recouvre pas le corps magnétique 136 au niveau de ses faces principales. L’enveloppe 135 est de préférence réalisée dans un matériau amagnétique. L’enveloppe 135 peut être réalisée en plastique ou en résine, par exemple une résine époxy.

Comme le montrent les figures 1 et 2, les seconds reliefs 141 sont formés par l’enveloppe 135. Toutefois, le corps magnétique 136 présente préférentiellement des reliefs (au niveau des bords d’aimant 131) de formes correspondant aux seconds reliefs 141. Ici, de la même façon que le bord latéral 121 de chaque encoche 120, le corps magnétique 136 de chaque aimant permanent 130 présente un profil en dents de scie. Lorsqu’un second relief 141 forme un renfoncement dans l’enveloppe 135, le corps magnétique 136 présente également un renfoncement au niveau de ce second relief 141. Suivre au plus près la forme des seconds reliefs 141 permet de maximiser le volume du corps magnétique 136 par rapport à l’aimant permanent 130. Cette adaptation du corps magnétique 136 aux seconds reliefs 141 peut être réalisée en agençant les aimants unitaires en fonction de la forme de l’encoche 120.

La frette 150 du rotor, représentée sur la figure 1, entoure la périphérie du corps 110 et les aimants permanents 130 par leurs bords extérieurs 180. Le rôle de la frette 150 est de fournir un moyen de maintien supplémentaire (contre les forces centrifuges) pour les aimants permanent 130 lorsque le rotor 100 est en rotation. La frette 150 est réalisée en matériaux composites telles que des fibres de verre, de carbone ou des fibres polymères noyées dans une résine.

La frette 150 a une forme annulaire.

Avantageusement, à l’état démonté, le diamètre interne de la frette 150 est strictement inférieur au diamètre externe du corps 110.

Lors de sa mise en place, la frette 150 subit alors une légère déformation élastique. Ainsi, la frette 150 est précontrainte et apporte plus de maintien aux aimants permanents 130.

On pourrait prévoir que le bord extérieur de chaque aimant permanent s’étende selon une surface cylindrique de révolution.

Toutefois, ici, comme le montrent les figures 2 et 5, le bord extérieur 180 de chaque aimant permanent 130 présente une forme différente, avec ici trois faces. Une première face 181 s’étend selon une surface cylindrique de révolution autour de l’axe de rotation A1, dans le prolongement de la périphérie du corps 110 tandis qu’une seconde face 183 s’étend selon une surface cylindrique de révolution de diamètre plus grand. Une troisième face 182, qui permet de relier les deux autres faces entre elles, s’étend selon une surface tronconique de révolution autour de l’axe de rotation A1.

La frette 150 présente une surface interne adaptée à celle des bords extérieurs 180 des aimants. Ici, la surface intérieure de la frette 150 présente donc également trois faces.

En variante, on peut prévoir que le bord extérieur de chaque aimant permanent présente une seule surface tronconique de révolution autour de l’axe de rotation. La surface interne de la frette est alors une surface tronconique correspondante. Dans ce cas, en coupe axiale, le profil de la frette a alors une forme de trapèze rectangle.

La face de la frette 150 de plus grand diamètre a un diamètre égal, à un jeu près, au diamètre externe du corps 110 et des premières faces 181 des bords extérieurs 180 des aimants permanents 130. La frette 150 peut ainsi être mise en place par ce côté du corps 110. La frette 150 se déforme ensuite au fur et à mesure de son insertion car les autres faces de la surface intérieure de la frette 150 ont des diamètres inférieurs au diamètre externe du corps 110.

La frette 150 est elle-aussi collée au corps 110 et aux aimants permanents 130. Grâce à cette frette 150 qui, à l’état démonté, a un diamètre interne en partie inférieur au diamètre externe du corps 110, on peut disposer une faible quantité colle qui se répartie lors de la mise en place de la frette 150.

La figure 6 illustre le rotor 100, selon le plan de coupe D-D de la figure 1, une fois l’aimant permanent 130 inséré dans l’encoche 120 et une fois la frette 150 mise en place. Une première couche de colle 190 est répartie entre l’encoche 120 et l’aimant permanent 130. Ici, la première couche de colle 190 est notamment répartie dans l’interstice 143 entre le bord d’encoche 121 et l’aimant permanent 130. Une deuxième couche de colle 191 est répartie entre l’aimant permanent 130 et la frette 150.

La figure 7 illustre, toujours selon le plan de coupe D-D de la figure 1, le rotor 100 avant que l’aimant permanent 130 soit inséré dans l’encoche 120 et avant que la frette 150 soit mise en place. La première couche de colle 190 est répartie dans la rainure 160. La deuxième couche de colle 191 est répartie au niveau de la troisième face 182 du bord extérieur 180 de l’aimant permanent 130.

Ici le rotor 110 est assemblé par une insertion radiale de l’aimant permanent 130 dans l’encoche 120. La frette 150 peut être mise en place dans un même temps ou dans un second temps.

Lors de sa mise en place, la frette 150 effectue une translation selon la direction de l’axe de rotation A1. La mise en place de la frette 150 permet ici de répartir la deuxième couche de colle 190 le long du bord extérieur 180. Comme le montre la figure 7, les dimensions internes de la frette 150 font que sa mise en place permette aussi de contraindre l’aimant permanent 130 en direction de l’encoche 120. Cette contrainte permet ou facilite l’insertion de la nervure 170 dans la rainure 160. Lors de l’insertion de la nervure 170 dans la rainure 160, la première couche de colle 190 se répartie le long du bord d’encoche 121.

En variante, on peut prévoir de disposer initialement la première couche de colle sur la nervure et la deuxième couche de colle sur la frette.

Une fois la frette 150 mise en place, comme décrit précédemment, un vernis ou une couche de colle externe enveloppant le rotor 100 peut être déposé. Cela peut permettre de combler des espaces, entre l’encoche 120 et l’aimant permanent 130 et entre l’aimant permanent 130 et la frette 150, où la première couche de colle 190 et respectivement la deuxième couche de colle 191 ne se seraient pas réparties. En particulier, cela peut permettre de remplir de colle l’interstice 143.

Dans ce mode d’assemblage, la forme et l’orientation des premiers reliefs 140 et des seconds reliefs 141 permettent un emboitement complet des aimants permanents 130 dans les encoches 120. En variante, les aimants permanents 130 peuvent être, dans une première étape, insérés dans la couche centrale 113 du corps 110. Ici, suite à cette première étape, les nervures 170 bordants les aimants permanents 130 se trouvent en contact avec le fond des rainures 160 prévues dans les encoches 120. Dans une seconde étape, les couches extérieures 112, 114 du corps 110 sont plaquées de part et d’autre de la couche centrale 113. Ici, les premiers reliefs 140 sont réalisés dans ces couches extérieures 112, 114 du corps 110 et s’insèrent dans les seconds reliefs 141 réalisés dans l’enveloppe 135 des aimants permanents 130.

Dans cette variante du mode d’assemblage, la forme et l’orientation des premiers et seconds reliefs 140, 141 n’est pas contrainte par l’insertion radiale des aimants permanent 130. D’autres variantes de forme pour les premiers reliefs 141 sont envisageables, par exemples des formes bloquant une sortie radiale des aimants permanents 130 lorsque le rotor 100 est en rotation.

Claims (10)

1. Rotor (100) pour machine électromagnétique à flux axial comprenant:
   - un corps (110) en forme globale de disque, avec un bord périphérique présentant au moins une encoche (120) délimitée par au moins deux bords (121), et
   - au moins un aimant permanent (130) qui est situé dans ladite encoche (120) et qui présente au moins deux bords (131) respectivement en regard des au moins deux bords (121) de l’encoche (120),
   caractérisé en ce que au moins un des bords (121) de l’encoche (120) s’étend en longueur selon une ligne moyenne (D1) et présente une section transversale à cette ligne moyenne dont la forme varie le long de la ligne moyenne (D1) de façon à former au moins un premier relief (140), et en ce qu’une partie au moins d’un des bords (131) de l’aimant permanent (130), en regard dudit au moins un des bords (121) de l’encoche (120), présente au moins un second relief (141) de forme correspondante, en négatif, pour épouser la forme dudit au moins un premier relief (140).
2. Rotor (100) selon la revendication 1, dans lequel ledit au moins un des bords (121) de l’encoche (120) présente une pluralité de premiers reliefs (140) et dans lequel ledit au moins un des bords (131) de l’aimant permanent (130) présente une pluralité de seconds reliefs (141) de forme correspondante, en négatif, pour épouser la forme de la pluralité de premiers reliefs (140).
3. Rotor (100) selon l’une des revendications 1 à 2, dans lequel ledit au moins un premier relief (140) présente des faces planes.
4. Rotor (100) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel ledit au moins un des bords (131) de l’aimant permanent (130) est en contact sur toute sa longueur avec ledit au moins un des bords (121) de l’encoche (120).
5. Rotor (100) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel la normale en tout point de la surface dudit au moins un premier relief (140) est orientée vers l’extérieur de l’encoche (120).
6. Rotor (100) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel ledit au moins un aimant permanent (130) comprend un corps magnétique (136) et une enveloppe (135) qui entoure au moins partiellement le corps magnétique (136), ledit corps magnétique (136) présente un relief de forme correspondant à celle dudit au moins un second relief (141).
7. Rotor (100) selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel ledit au moins un des bords (121) de l’encoche (120) présente une rainure (160) ou une nervure s’étendant sur au moins une partie de sa longueur et ledit au moins un aimant permanent (130) présente respectivement une nervure (170) ou une rainure de forme correspondante.
8. Rotor (100) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel un interstice (143) est prévu entre ledit au moins un des bords (121) de l’encoche (120) et ledit au moins un des bords (131) de l’aimant permanent (130), ledit interstice (143) s’étendant sur au moins une partie de la longueur dudit au moins un des bords (121) de l’encoche (120) et sur une partie seulement de l’épaisseur dudit corps (110).
9. Rotor (100) selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel ladite au moins une encoche (120) s’étend sur toute l’épaisseur dudit corps (110).
10. Rotor (100) selon l’une des revendications 1 à 9, comprenant une frette (150) qui entoure la périphérie de l’ensemble formé par ledit corps (110) et ledit au moins un aimant permanent (130), et dans lequel, à l’état démonté, le diamètre interne de la frette (150) est en partie inférieure au diamètre externe dudit ensemble.