FR3113988A1

FR3113988A1 - Dispositif pour la formation de poles d’un rotor

Info

Publication number: FR3113988A1
Application number: FR2009038A
Authority: FR
Inventors: Olivier Tosoni; Tian Zhou; Daniel Oeschger; Raphael Teufel
Original assignee: Brusa Elektronik AG; Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Brusa Elektronik AG; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2020-09-07
Filing date: 2020-09-07
Publication date: 2022-03-11
Anticipated expiration: 2040-09-07
Also published as: EP4211777A1; WO2022049356A1; FR3113988B1

Abstract

L’invention concerne un dispositif destiné à former, par un procédé d’injection d’un mélange composite magnétique, les pôles d’un rotor. L’invention concerne notamment un dispositif permettant la formation des pôles du rotor sans endommager ce dernier. Figure pour l’abrégé : figure 1.

Description

DISPOSITIF POUR LA FORMATION DE POLES D’UN ROTOR

L’invention se rapporte au domaine du magnétisme et concerne en particulier un dispositif permettant de fabriquer par injection des sections magnétiques. Notamment, l’invention concerne un dispositif de formation des pôles d’un rotor par injection d’un mélange composite magnétique dans des cavités d’un corps de rotor. L’application d’un champ magnétique lors de l’injection permet de polariser le mélange composite magnétique qui, lorsqu’il se refroidit, se fige, et conserve une aimantation permanente.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

Il est aujourd’hui envisagé de mettre en œuvre des procédés d’injection pour la réalisation des pôles magnétiques d’un rotor. Ces derniers sont, à cet égard, formés d’une ou plusieurs sections aimantées logées dans des cavités dudit rotor. Tel que précisé dans le document DE 10 2016 224 249, les procédés comprennent notamment une injection, à chaud, d’un mélange composite liquide, fait de matière plastique et de poudre magnétique coercitive, dans les cavités du corps du rotor qui jouent le rôle de moule. Lors d’une étape de refroidissement, le mélange composite se fige et adopte alors la forme qui lui est imposée par les cavités afin de former les sections aimantées.

Ces procédés d’injection, tels qu’envisagés, ne sont pas limités à la seule réalisation de sections aimantées parallélépipédiques, et donnent accès à tout type de forme permettant ainsi de conférer aux pôles magnétiques une meilleure efficacité magnétique. Les sections aimantées sont, par ailleurs, obtenues en une seule étape, sans autre manipulation ou étape de collage.

Outre, le choix de formes de sections aimantées susceptibles d’être obtenues, l’injection permet d’envisager des agencements sans vide, et d’une densité inférieure à celle d’aimants frittés. Ces aspects permettent d’améliorer l’équilibre général du rotor, et de rendre ce dernier moins sensible aux forces centrifuges auxquelles il est soumis lorsqu’il est mis en rotation. Il est ainsi possible d’imposer à de tels rotors des vitesses de rotation plus importantes.

Enfin ces aimants, fabriqués par injection selon la méthode décrite dans le document DE102019107394, sont susceptibles de présenter une résistivité supérieure de plus de deux ordres de grandeur à celle d’aimants formés selon un procédé de frittage.

Néanmoins, en dépit de ces avantages, les procédés d’injection ne sont, en l’état, pas satisfaisants.

En effet, le mélange composite, afin de former une section aimantée, doit être soumis à un champ magnétique relativement élevé, et notamment de l’ordre de 1 tesla. A cet égard, il est généralement proposé de mettre en œuvre une bague magnétique, formée d’une pluralité d’aimants (tel que décrit dans les documents JP 2014-192980 et WO2013103118), et au centre de laquelle le rotor est disposé lors de l’injection du mélange composite. Les aimants formant la bague sont en général régulièrement répartis de manière angulaire, et chacun en correspondance avec une ou plusieurs cavités dans la ou lesquelles sera formé un pôle magnétique. Ainsi, le mélange composite injecté dans une cavité donnée se voit imposer le champ magnétique, en termes d’intensité et d’orientation, de l’aimant avec lequel ladite cavité est en correspondance. Ainsi, lorsqu’il refroidit pour se figer, le mélange composite conserve la polarisation imposée par l’aimant, et forme une section aimantée.

Toutefois, afin de pouvoir imposer une aimantation suffisante au mélange composite lors de son refroidissement, il est généralement requis de mettre en œuvre une bague magnétique qui présente un diamètre 2 à 3 fois supérieur au rotor. En d’autres termes, la considération d’un rotor de grande dimension, et notamment d’un diamètre supérieur à 10 cm, impose de mettre en œuvre des masses d’aimants très importantes.

Ce dernier aspect, du fait des interactions magnétiques entre aimants, rend l’assemblage desdits aimants relativement compliqué.

Par ailleurs, le champ magnétique des aimants formant la bague magnétique, qui est permanent, est susceptible d’interagir avec toute pièce magnétique disposée dans son proche environnement et pose, du fait de son intensité, des problèmes de sécurité évidents.

Par ailleurs, la viscosité du mélange composite impose d’injecter ce dernier à des pressions relativement importantes, notamment comprises entre 500 et 1000 bars qui sont susceptibles d’endommager le rotor par exemple en le déformant.

Aussi afin de pallier, au moins partiellement, les problèmes relatifs à la sécurité et à la complexité de l’assemblage des aimants formant la bague, il peut être proposer de remplacer ces derniers par des bobines d’induction.

Toutefois, le champ magnétique susceptible d’être imposé par une bobine au niveau de la ou des cavités avec lesquelles ladite bobine est en correspondance n’est pas uniforme au sein d’une même cavité et d’une cavité à l’autre. Cet effet affecte directement l’aimantation des sections aimantées et nuit aux performances du rotor.

Un but de la présente invention est donc de proposer un dispositif pour la formation de sections aimantées d’un rotor qui permet le limiter l’endommagement du rotor lors de l’injection du mélange composite.

Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif pour la formation de sections aimantées d’un rotor, qui est susceptible de mettre en œuvre un système d’injection du mélange composite à haute pression tout en préservant l’intégrité du rotor.

Un autre but de la présente invention est également de proposer un dispositif pour la formation de sections aimantées d’un rotor, qui permet de garantir une meilleure répartition du champ magnétique imposé au niveau des cavités du rotor.

Les buts sont, au moins en partie, atteints par un dispositif pour la formation de pôles d’un rotor, chaque pôle comprenant une ou plusieurs sections aimantées formées dans une série de cavités d’injection, dite série polaire, du rotor, par injection d’une matière composite dans lesdites cavités, le dispositif comprend :
- un rotor, disposé dans une cavité cylindrique, ledit rotor étant délimité par une face supérieure et une face inférieure planes et parallèles entre elles, et reliées par une section latérale de forme cylindrique, les séries polaires présentent une répartition angulaire régulière autour d’un axe de révolution dudit rotor, et les cavités d’injection sont débouchantes au niveau de la face inférieure et de la face supérieure ;
- un moyen d’injection de matière composite magnétique, à l’état liquide, dans les cavités d’injection à une pression P inférieure à une pression prédéterminée ;
- des modules de polarisation répartis régulièrement autour de l’axe de révolution de la cavité cylindrique, chaque module de polarisation comprenant selon un axe principal, une section magnétique destinée à imposer un champ de polarisation magnétique à la matière composite susceptible d’être injectée dans les cavités d’injection, et un pôle magnétique, les pôles magnétiques comprenant une surface, dite surface de maintien latéral, l’ensemble des surfaces de maintien latéral définissant une surface latérale de la cavité cylindrique ;
- des moyens de blocage agencés de manière à maintenir les surfaces de maintien latéral en appui contre la section latérale du rotor, de sorte que les surfaces de maintien latéral compensent des contraintes imposées au rotor lors de l’injection de la matière composite à la pression P.

Selon un mode de mise en œuvre, chaque module de polarisation est disposé en correspondance une série polaire différente de manière à pouvoir imposer le champ magnétique à la matière composite magnétique susceptible d’être injectée dans les cavités d’injection de ladite série polaire.

Selon un mode de mise en œuvre, ledit dispositif comprend un organe de maintien supérieur et un organe de maintien inférieur maintenus en appui par des deuxièmes moyens de blocage contre, respectivement, la face supérieure et la face inférieure, et de manière à compenser des contraintes susceptibles d’être imposées au rotor lors de l’injection de la matière composite à la pression P.

Selon un mode de mise en œuvre, le moyen d’injection est agencé pour injecter de la matière composite magnétique au niveau de la face supérieure du rotor.

Selon un mode de mise en œuvre, le moyen d’injection coopère avec l’organe de maintien supérieur pour l’injection de la matière composite magnétique dans les cavités d’injection.

Selon un mode de mise en œuvre, l’organe de maintien supérieur comprend une pluralité de canaux de distribution agencés pour l’injection collective de la matière composite magnétique dans chacune des cavités d’injection.

Selon un mode de mise en œuvre, les cavités d’injection d’une série polaire sont symétriques par rapport à un plan formé par l’axe de révolution et par l’axe principal du module de polarisation en correspondance avec la série polaire concernée, et sont disposées les unes derrières les autres le long dudit axe principal.

Selon un mode de mise en œuvre, le dispositif comprend des moyens répartiteurs de champ magnétique destinés à répartir le champ magnétique imposé par chaque module de polarisation aux cavités d’injection de la série polaire avec laquelle ledit module.

Selon un mode de mise en œuvre, les moyens répartiteurs comprennent des inserts, chaque insert formant un pont magnétique entre un module de polarisation et des cavités d’injection de la série polaire avec laquelle ledit module est en correspondance.

Selon un mode de mise en œuvre, le pont magnétique est réalisé entre le module de polarisation et des cavités d’injection de la série de polaire susceptibles d’être écrantés par d’autres cavités d’injection de cette même série polaire.

Selon un mode de mise en œuvre, les inserts sont insérés dans des cavités des organes de maintien supérieur et inférieur, et comprennent avantageusement un matériau ferromagnétique.

Selon un mode de mise en œuvre, la section magnétique comprend un porte-bobine autour duquel est formé un bobinage qui lorsqu’il est traversé par un courant électrique génère le champ magnétique nécessaire à la magnétisation du mélange composite magnétique susceptible d’être injecté dans les cavités d’injection.

D’autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va suivre d’un dispositif pour la formation de pôles d’un rotor selon l’invention, donnés à titre d’exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels :

est une représentation schématique d’un dispositif pour la formation de pôles d’un rotor selon la présente invention, la cavité cylindrique étant vide ;

est une représentation schématique d’un corps de rotor mis en œuvre dans la cadre de la présente invention ;

est une représentation schématique en perspective d’un module de polarisation susceptible d’être mis en œuvre dans le cadre de la présente invention ;

sont des représentations schématiques d’un organe de maintien inférieur, respectivement, avec des inserts magnétiques positionnés dans des logements de l’organe de maintien, et avec les mêmes inserts magnétiques disposés autour dudit organe ;

est une représentation d’un organe de maintien supérieur avec des inserts magnétiques positionnés dans des logements de l’organe de maintien ;

est une représentation schématique e d’un rotor après injection du mélange composite magnétique, en particulier cette représentation schématique montre une empreinte du réseau de canaux de distribution des moyens d’injection ;

est une représentation schématique du dispositif 10 selon la présente invention ;

est une représentation graphique d’une simulation et d’une mesure du champ magnétique (selon l’axe horizontal en mT) en fonction de la position angulaire (axe horizontal en degrés) au niveau de la section latérale d’un rotor fabriqué avec le dispositif selon la présente invention.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

La présente invention concerne un dispositif destiné à former, par un procédé d’injection d’un mélange composite magnétique, les pôles d’un rotor.

A cet égard, la figure 1 est une représentation schématique du dispositif 10 selon la présente invention, ledit dispositif reposant notamment sur un support plan 60, également nommée plaque de carcasse de moule.

Le dispositif 10 comprend en particulier une cavité cylindrique 20 destinée à loger le corps d’un rotor 30 (figure 2) lors de la mise en œuvre du présent dispositif 10 pour la formation des pôles dudit rotor.

Chaque pôle comprend à cet égard une ou plusieurs sections aimantées formées dans une série de cavités d’injection 34a, dite série polaire 34, du rotor, par injection d’une matière composite dans lesdites cavités.

Le corps de rotor 30, généralement de forme cylindrique, est délimité par une face supérieure 31 et une face inférieure planes et parallèles entre elles, ainsi qu’une section latérale 33 reliant la face supérieure 31 et la face inférieure.

Les séries polaires présentent une répartition angulaire régulière autour d’un axe de révolution dudit rotor, et les cavités d’injection 34a sont débouchantes au niveau de la face inférieure 31 et de la face supérieure.

Le corps du rotor 30 peut avantageusement comprendre un empilement, selon l’axe de révolution, de tôles magnétiques collées entre elles.

Par exemple, les tôles magnétiques peuvent comprendre au moins un des matériaux choisis parmi : acier, acier inoxydable, FeSi, FeCo.

Le dispositif 10 comprend un moyen d’injection de matière composite magnétique dans les cavités d’injection à une pression P inférieure à une pression prédéterminée. La matière composite magnétique est notamment injectée à l’état liquide à haute température, par exemple à une température comprise entre 150°C et 320 °C. La matière composite magnétique est également adaptée pour figer (se solidifier) et adopter la forme qui lui est imposée par la cavité d’injection dans laquelle elle est injectée lors d’une phase de refroidissement.

La matière composite magnétique peut notamment comprendre de la matière plastique mélangée avec une poudre magnétique coercitive. Par exemple, la matière plastique et la poudre coercitive peuvent représenter, respectivement, 40% et 60 % du volume de la matière composite.

Le choix de la matière plastique et de la poudre coercitive peut dépendre de l’application visée et de l’efficacité magnétique du rotor. A titre d’exemple, la matière plastique peut comprendre un polyamide de type PA12. Un tel polyamide permet d’atteindre un taux de charge élevé et donc une meilleure performance magnétique. De manière alternative ou complémentaire, la matière plastique peut comprendre du poly(sulfure de phénylène), PPS, qui est un polymère résistant, est susceptible d’être utilisé à une température pouvant attendre 150°C, voire 180°C.

La poudre magnétique peut comprendre du NdFeB ayant subi le procédé HDDR (« Hydrogenation Disproportionation Desorption Recombination » selon la terminologie Anglo-Saxonne) qui permet de conférer une coercitivité élevée à la poudre, ou encore des ferrites durs (ferrite de strontium par exemple) ou du SmCo.

La pression prédéterminée est par exemple inférieure à 1000 bars.

Le dispositif 10 comprend également des modules de polarisation 40 (figures 1 et 3) régulièrement répartis, sous forme d’une couronne, dite couronne magnétique, autour de l’axe de révolution de la cavité cylindrique 20 (figure 1). En d’autres termes la cavité cylindrique 20 se trouve au centre de la couronne magnétique. Dans l’exemple représenté à la figure 1, la couronne magnétique est formée de 6 modules de polarisation. L’invention n’est cependant pas limitée à cette seule configuration.

Chaque module de polarisation peut avantageusement être disposé en correspondance une série polaire différente de manière à pouvoir imposer le champ magnétique à la matière composite magnétique susceptible d’être injectée dans les cavités d’injection de ladite série polaire.

Chaque module de polarisation 40 comprend, selon un axe principal XX’, une section magnétique 42 et un pôle magnétique 43. Chaque module de polarisation 40 peut également comprendre un organe de rebouclage 41. Chaque module de polarisation peut en particulier faire apparaître dans l’ordre et selon l’axe principal XX’, l’organe de rebouclage 41, la section magnétique 42 et le pôle magnétique 43.

En particulier, la section magnétique 42 de chacun des modules de polarisation 40 est destinée à imposer un champ de polarisation magnétique à la matière composite injectée à l’état liquide dans les cavités d’injection 34a. Le maintien de ce champ de polarisation jusqu’à ce que la matière composite magnétique se fige par refroidissement permet ainsi de former les sections aimantées des pôles du rotor. La mise en correspondance peut avantageusement être exécutée au moyen de guides. Ces guides peuvent notamment comprendre des trous formés de la face supérieure vers la face inférieure du rotor et des pions en projection par rapport au support plan 60 et destinés à imposer l’orientation du rotor sur le support plan 60.

La section magnétique 42 peut comprendre un aimant permanent. Toutefois, selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, la section magnétique 42 peut comprendre un porte-bobine autour duquel est formé un bobinage qui, lorsqu’il est traversé par un courant électrique, génère le champ magnétique nécessaire à la magnétisation du mélange composite magnétique. Le bobinage peut à cet égard comprendre du fil de cuivre, tandis que le porte-bobine peut comprendre un noyau magnétique (par exemple de l’acier martensitique, du FeNi, du FeCo ou tout autre alliage magnétique doux). La section magnétique 42 possède avantageusement, avec l’organe de rebouclage 41, une forme permettant un rebouclage efficace du flux magnétique sur la section magnétique elle-même ou avec le flux d’une section magnétique immédiatement adjacente (figure 6).

Dans l’exemple représenté à la figure 1, l’alimentation en courant des bobinages est adaptée pour que chaque module de polarisation génère un champ magnétique opposé à celui généré par les modules qui lui sont directement adjacents. Cet agencement permet ainsi de réaliser une alternance des pôles en termes de polarisation. Par ailleurs, toujours dans cet exemple, la force magnétomotrice de chacun des bobinages peut être de 10kA.tours, requérant pour chacun desdits bobinages une puissance totale d’environ 4 kW en courant continu. En fonctionnement, une telle puissance est susceptible d’engendrer un échauffement important. Ainsi, afin de pouvoir limiter ce dernier, il est possible de mettre en œuvre un système de refroidissement, par exemple un système de circulation d’un fluide caloporteur directement dans le porte-bobine. La mise en œuvre d’un système de refroidissement permet à cet égard d’augmenter le courant susceptible de traverser chacun des bobinages, et par voie de conséquence imposer un champ de polarisation plus important, sans pour autant devoir augmenter la taille de la couronne magnétique.

La considération du couple porte-bobine refroidi/bobinage permet de former une couronne magnétique relativement compacte. Par ailleurs, ce système de génération de champ magnétique est pilotable de sorte que le champ magnétique qu’il génère peut être coupé à chaque instant, et notamment lorsque la matière composite magnétique est complètement solidifiée. Le moule peut ainsi être ouvert dans des conditions de sécurité améliorées.

Il est ainsi possible d’opérer ce dispositif dans des conditions de sécurité améliorées au regard de dispositifs mettant en œuvre des aimants magnétiques permanents.

Le pôle magnétique 43 de chaque module de polarisation 40 donné, présente une forme de pyramide tronquée dont la hauteur est parallèle à la direction principale du module de polarisation considéré (figure 3). En particulier, la petite base de la pyramide tronquée forme une surface de maintien latéral 43a incurvée de manière à épouser la forme de la section latérale du rotor. Plus particulièrement, l’ensemble des surfaces de maintien latéral 43a, 46a et 46b définissent une surface latérale 43s de la cavité cylindrique 20 (figure 1).

Le pôle magnétique 43 peut comprendre une section centrale 45 ainsi qu’une première section latérale 46a et une deuxième section latérale 46b.

En particulier, la section centrale 45 peut être intercalée entre la première section latérale 46a et la deuxième section latérale 46b (figure 3). Plus particulièrement, au sein d’un module de polarisation 40, la section centrale 45 faite d’un matériau magnétique permet de guider le champ magnétique produit au niveau de la section magnétique vers le centre d’une série polaire du rotor, tandis que la première section latérale 46a et la deuxième section latérale 46b faites d’un matériau non magnétique limitent les fuites magnétiques entre les sections centrales 45 adjacentes. En particulier, la première section latérale 46a et la deuxième section latérale 46b présentent une perméabilité magnétique très inférieure à celle de la section centrale 45, de manière avantageuse égale à celle de l’air.

Le dispositif 10 selon la présente invention peut également comprendre des moyens de blocage qui permettent notamment de maintenir les surfaces de maintien latéral 43a, 46a et 46b en appui contre la section latérale du rotor. Cet appui des surfaces de maintien latéral 43a, 46a et 46b, est notamment adapté pour compenser les contraintes mécaniques susceptibles d’être imposées au rotor lors de l’injection de la matière composite à la pression P. En d’autres termes, les moyens de blocage sont agencés pour que la surface latérale 43s de la cavité cylindrique 20 s’oppose à la déformation latérale du rotor lors de l’injection à la pression P du mélange composite magnétique.

Cet aspect est particulièrement avantageux notamment lorsque le rotor présente des zones sensibles à la déformation sous l’effet d’une pression interne subie lors de l’injection de la matière composite magnétique. Ces zones sensibles sont notamment induites par la proximité des cavités d’injection et de la section latérale du rotor. Le seul maintien par la surface latérale, éventuellement en compression, permet de préserver l’intégrité mécanique du rotor lors de l’injection à la pression P du mélange composite magnétique.

Les moyens de blocage peuvent avantageusement comprendre des vérins qui exercent chacun un effort de manière concentrique selon l’axe principal de chaque module de polarisation 40.

De manière alternative, les moyens de blocage peuvent comprendre une pluralité de rails inclinés, par exemple d’un angle inférieur à 10°, par rapport à l’axe de révolution de la cavité cylindrique 20, et le long desquels les modules de polarisation sont susceptibles de coulisser. En particulier, chaque module de polarisation peut être associé à un ou deux rails 50 mécaniquement liés au support plan 60 et par rapport auquel lesdits rails sont en projection. Selon cette configuration, chacun des modules de polarisation peut coulisser entre deux positions dites, respectivement, position haute et position basse. La position basse étant notamment une position pour laquelle lesdits modules reposent sur le support plan. En particulier, l’inclinaison des rails est adaptée pour que lors du coulissement des modules de polarisation 40 de la position haute vers la position basse, les surfaces de maintien latéral 43a se rapprochent les unes des autres afin de venir au contact de la section latérale du rotor pré-positionné sur le support plan.

Le dispositif 10 peut également comprendre un organe de maintien inférieur 70 (figures 4a et 4b) et un organe de maintien supérieur 71 (figure 4c) maintenus en appui (en pression) par des deuxièmes moyens de blocage contre, respectivement, la face supérieure 31 du rotor et la face inférieure du rotor. Ce maintien par l’organe de maintien supérieur 71 et par l’organe de maintien inférieur 70 est adapté pour compenser les (s’opposer aux) contraintes susceptibles d’être imposées au rotor lors de l’injection de la matière composite à la pression P.

Les organes de maintien inférieur et supérieur peuvent chacun prendre la forme d’un plaque de maintien.

Ce dernier aspect est particulièrement avantageux lorsque le corps du rotor est formé d’un empilement de tôles. En effet, la simple mise en œuvre de l’organe de maintien supérieur 71 et de l’organe de maintien inférieur 70 permet de maintenir jointives les tôles entre elles, et de limiter toute infiltration de la matière composite magnétique lors de l’étape d’injection.

Selon un autre aspect de l’invention, le moyen d’injection peut être agencé pour injecter de la matière composite magnétique au niveau de la face supérieure 31 du rotor 30.

En particulier, le moyen d’injection peut coopérer avec l’organe de maintien supérieur 71 pour l’injection de la matière composite magnétique dans les cavités d’injection 34. A cet égard et de manière avantageuse, l’organe de maintien supérieur 71 peut comprendre une pluralité de canaux de distribution agencés pour l’injection collective de la matière composite magnétique dans chacune des cavités magnétique 34, tout en assurant un maintien axial du rotor grâce à des surfaces parallèles aux faces supérieure et inférieure du rotor. Cet agencement permet d’injecter, en même temps, la même quantité de matière composite magnétique dans chacune des cavités d’injection de manière à équilibrer les contraintes subies par le rotor dans tout son volume. A cet égard, la figure 5 représente une empreinte E des canaux de distribution, faite du mélange composite magnétique figé.

Selon un mode de réalisation particulier, les cavités d’injection d’une série polaire sont symétriques par rapport à un plan formé par l’axe de révolution et par l’axe principal du module de polarisation en correspondance avec la série polaire concernée, et sont disposées en plusieurs rangées les unes derrières les autres le long dudit axe principal (figure 2).

En d’autres termes, les cavités d’injection d’une série polaire sont disposées les unes derrières les autres selon une direction radiale. Par exemple, et selon un mode de réalisation particulier, la section d’une cavité d’injection selon un plan de coupe perpendiculaire à l’axe de révolution et selon une direction radiale (du centre vers la section latérale) présente une forme concave (par exemple une forme en arc plein).

Selon un tel agencement, toutes les cavités d’injection d’une série polaire ne sont pas exposées de manière équivalente au champ magnétique imposé par le module de polarisation. En particulier, les cavités les plus proches du centre du rotor sont écrantées par les cavités situées plus à proximité de la section latérale du rotor.

Afin de pallier ce problème, le dispositif peut comprendre des moyens répartiteurs de champ magnétique destinés à répartir le champ magnétique imposé par chaque module de polarisation aux cavités d’injection de la série polaire avec laquelle ledit module.

En particulier, ces moyens répartiteurs peuvent comprendre des inserts 55 destinés à réaliser un pont magnétique entre le module de polarisation et au moins une des cavités ou des rangées de cavités d’injection de la série polaire en correspondance avec ledit module de polarisation.

Plus particulièrement, ces inserts 55 réalisent notamment un contact au niveau du pôle magnétique et la face supérieure du rotor à proximité d’une cavité d’injection, et plus particulièrement entre deux cavités ou rangées de cavités d’injection d’une série polaire.

Ces inserts 55 peuvent en particulier coopérer avec l’un et l’autre de l’organe de maintien supérieur 71 et de l’organe de maintien inférieur 70. Un organe de maintien peut comprendre des orifices 56, débouchant au niveau d’une première face, et dans lesquelles sont positionnés les inserts 55. La première face est en particulier opposée à une deuxième face de l’organe de maintien considéré destiné à être en contact avec une face du rotor 30 (figures 4a et 4b). Les orifices 56 ont avantageusement une forme complémentaire aux inserts 55.

Par ailleurs, l’insert 55 comprend en outre une protubérance 55a traversant, par un passage 70a, l’organe de maintien inférieur 70 et débouchant au niveau de la deuxième face dudit organe pour venir au contact de la face inférieure du rotor 30. L’autre extrémité 55b des inserts vient en contact avec le module de polarisation correspondant de manière à réaliser un pont magnétique avec le rotor. A cet égard, les inserts présentent avantageusement une permittivité magnétique supérieure à celle de l’organe de maintien inférieur, de sorte que lesdits inserts 55 forment un chemin de circulation privilégié pour le champ magnétique imposé par le module de polarisation. Le même agencement des inserts 55 est prévu en relation avec l’organe de maintien supérieur 71 (figure 4c).

Il est ainsi possible de mieux répartir le champ magnétique et surtout de compenser au moins en partie l’écrantage exercé au niveau d’une cavité d’injection donnée par une autre cavité d’injection qui s’interpose entre le module de polarisation et ladite cavité d’injection donnée.

Les inserts 55 peuvent ainsi comprendre un alliage ferromagnétique doux (par exemple acier martensitique, FeCo, FeNi ou tout autre alliage présentant une perméabilité relative élevée – de préférence supérieure à 500 – et une induction à saturation élevée – de préférence supérieure à 1.5T).

L’organe de maintien supérieur 71 peut comprendre un matériau métallique parfaitement amagnétique (par exemple inox 316L recuit après usinage, Inconel, alliages de cuivre et/ou d’aluminium, laiton,…).

La figure 6 est une représentation schématique du dispositif 10 selon la présente invention.

En particulier, cette figure représente la répartition des lignes de champ magnétique (sous forme de flèches) créées par les bobinages B.

La Figure 7 est une représentation graphique d’une simulation et d’une mesure du champ magnétique (selon l’axe horizontal en « mT ») en fonction de la position angulaire (axe horizontal en degrés) au niveau de la section latérale du rotor fabriqué avec le dispositif selon la présente invention. Les deux courbes représentatives du champ magnétique se superposent parfaitement, indiquant en particulier la bonne compréhension et la performance du dispositif de formation de pôles selon la présente invention.

Claims

Dispositif (10) pour la formation de pôles d’un rotor (30), chaque pôle comprenant une ou plusieurs sections aimantées formées dans une série de cavités d’injection (34a), dite série polaire, du rotor (30), par injection d’une matière composite dans lesdites cavités, le dispositif (10) comprend :
- un rotor (30), disposé dans une cavité cylindrique (20), ledit rotor (30) étant délimité par une face supérieure (31) et une face inférieure planes et parallèles entre elles, et reliées par une section latérale (33) de forme cylindrique, les séries polaires présentent une répartition angulaire régulière autour d’un axe de révolution dudit rotor (30), et les cavités d’injection (34a) sont débouchantes au niveau de la face inférieure et de la face supérieure (31) ;
- un moyen d’injection de matière composite magnétique, à l’état liquide, dans les cavités d’injection (34a) à une pression P inférieure à une pression prédéterminée ;
- des modules de polarisation répartis régulièrement autour de l’axe de révolution de la cavité cylindrique (20), chaque module de polarisation (40) comprenant, dans l’ordre et selon un axe principal, un organe de rebouclage (41), une section magnétique (42) destinée à imposer un champ de polarisation magnétique à la matière composite susceptible d’être injectée dans les cavités d’injection (34a), et un pôle magnétique (43), les pôles magnétiques comprenant une surface, dite surface de maintien latéral (43a), l’ensemble des surfaces de maintien latéral définissant une surface latérale (43s) de la cavité cylindrique (20) ;
- des moyens de blocage agencés de manière à maintenir les surfaces de maintien latéral en appui contre la section latérale (33) du rotor (30), de sorte que les surfaces de maintien latéral compensent des contraintes imposées au rotor (30) lors de l’injection de la matière composite à la pression P.
Dispositif (10) selon la revendication 1, dans lequel chaque module de polarisation (40) est disposé en correspondance avec une série polaire différente de manière à pouvoir imposer le champ magnétique à la matière composite magnétique susceptible d’être injectée dans les cavités d’injection (34a) de ladite série polaire.
Dispositif (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit dispositif (10) comprend un organe de maintien supérieur (71) et un organe de maintien inférieur (70) maintenus en appui par des deuxièmes moyens de blocage contre, respectivement, la face supérieure (31) et la face inférieure, et de manière à compenser des contraintes susceptibles d’être imposées au rotor (30) lors de l’injection de la matière composite à la pression P.
Dispositif (10) selon la revendication 3, dans lequel le moyen d’injection est agencé pour injecter de la matière composite magnétique au niveau de la face supérieure (31) du rotor (30).
Dispositif (10) selon la revendication 3 ou 4, dans lequel le moyen d’injection coopère avec l’organe de maintien supérieur (71) pour l’injection de la matière composite magnétique dans les cavités d’injection (34a).
Dispositif (10) selon la revendication 5, dans lequel l’organe de maintien supérieure (71) comprend une pluralité de canaux de distribution agencés pour l’injection collective de la matière composite magnétique dans chacune des cavités d’injection (34a).
Dispositif (10) selon l’une des revendications 3 à 6, dans lequel les cavités d’injection (34a) d’une série polaire sont symétriques par rapport à un plan formé par l’axe de révolution et par l’axe principal du module de polarisation (40) en correspondance avec la série polaire concernée, et sont disposées les unes derrières les autres le long dudit axe principal, le dispositif (10) comprend des moyens répartiteurs de champ magnétique destinés à répartir le champ magnétique imposé par chaque module de polarisation (40) aux cavités d’injection (34a) de la série polaire avec laquelle ledit module (40) est en correspondance.
Dispositif (10) selon la revendication 7, dans lequel les moyens répartiteurs comprennent des inserts 55, chaque insert formant un pont magnétique entre un module de polarisation (40) et des cavités d’injection (34a) de la série polaire avec laquelle ledit module (40) est en correspondance.
Dispositif (10) selon la revendication 8, dans lequel le pont magnétique est réalisé entre le module de polarisation (40) et des cavités d’injection de la série de polaire susceptibles d’être écrantées par d’autres cavités d’injection (34a) de cette même série polaire.
Dispositif (10) selon la revendication 9, dans lequel les inserts 55 sont insérés dans des orifices 56 de l’organe de maintien supérieur (71) et de l’organe de maintien inférieur (70), et comprennent avantageusement un matériau ferromagnétique.
Dispositif (10) selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel la section magnétique (42) comprend un porte-bobine autour duquel est formé un bobinage qui lorsqu’il est traversé par un courant électrique génère le champ magnétique nécessaire à la magnétisation du mélange composite magnétique susceptible d’être injecté dans les cavités d’injection (34a).