FR3121295A1 - rotor pour machine électrique à flux axial, des procédés d’assemblage et de démontage d’un tel rotor - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne rotor (1) comprenant : - un corps (10) comprenant un moyeu (11) à partir duquel s’étendent une pluralité de branches (12) ; - une pluralité de blocs d’aimant (20) disposés entre les branches (12) ; - une bague circulaire (30) disposée en périphérie du rotor, caractérisé en ce que : - l’une parmi une face interne de la bague circulaire et une face externe de chacun des blocs d’aimant présente un premier relief en creux, l’autre présentant une forme complémentaire ; - le rotor comprend une pluralité de moyens de maintien (40) chacun agencé entre le corps et un bloc d’aimant de manière à contraindre ledit bloc d’aimant contre la bague circulaire avec la bague circulaire et ledit bloc d’aimant emboités au niveau dudit premier relief en creux. Figure pour l’abrégé : Fig.1
Description
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne de manière générale le domaine des machines électriques à flux axial.
Elle concerne plus particulièrement un rotor pour machine électrique à flux axial, ledit rotor présentant une forme de disque centré autour d’un axe longitudinal et comprenant :
- un corps comprenant un moyeu à partir duquel s’étendent une pluralité de branches ;
- une pluralité de blocs d’aimant, chaque bloc d’aimant étant disposé entre deux branches adjacentes ;
- une bague circulaire disposée en périphérie du rotor et entourant les blocs d’aimant.
- un corps comprenant un moyeu à partir duquel s’étendent une pluralité de branches ;
- une pluralité de blocs d’aimant, chaque bloc d’aimant étant disposé entre deux branches adjacentes ;
- une bague circulaire disposée en périphérie du rotor et entourant les blocs d’aimant.
L’invention trouve une application particulièrement avantageuse dans les moteurs électriques pour véhicule automobile électrique ou hybride.
Elle concerne également des procédés d’assemblage et de démontage d’un tel rotor.
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 ou blocs d’aimant, 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).
Classiquement, pour assembler un tel rotor, on fabrique d’un côté un corps en forme de disque et présentant des encoches, et d’un autre côté, les blocs d’aimant. Les blocs d’aimants sont ensuite mis en place dans les encoches prévues à cet effet.
Pour solidariser les blocs d’aimant au corps, ils sont classiquement collés à ce dernier. L’utilisation de colle présente cependant plusieurs inconvénients.
Tour d’abord, les colles utilisées sont des colles thermodurcissables. Une fois injectée, le rotor doit alors être chauffé à très haute température dans un four et soumis à une pression de maintien, ce qui représente un coût certain tant matériel qu’énergétique. La fabrication en série de rotors à base de colle est donc coûteuse.
En outre, une couche de colle rajoute un maillon supplémentaire dans la chaine de cotes, ce qui complexifie la conception du rotor et ne garantit pas l’obtention d’écart d’entrefers identiques (ce qui a nécessairement une influence néfaste sur les performances magnétiques).
De plus, une fois collés, les blocs d’aimants ne sont plus dissociables du corps. La colle limite donc les possibilités de maintenance du rotor, un bloc d’aimant défectueux ne pouvant par exemple pas être remplacé par un bloc d’aimant neuf. La colle n’étant pas recyclable, une fois collés, le rotor ou ses éléments ne le sont pas non plus.
Des rotors sans colle ont été proposés, comme par exemple dans le document FR3027468. Dans ces rotors, les encoches sont ouvertes radialement vers l’extérieur de telle sorte qu’elles n’entourent pas les blocs d’aimant en périphérie du rotor. Les blocs d’aimants sont solidarisés au corps par la mise en place, en force, d’une frette circulaire précontrainte entourant l’ensemble constitué du corps et des blocs d’aimant.
La mise en place d’une frette est toutefois complexe car elle requiert une grande précision tant au niveau de la fabrication des pièces que de l’application de la force par une presse spécifique pour mettre la frette en place. Comme la colle, cette solution reste donc difficile à industrialiser.
De plus, une fois la frette mise en place, le rotor n’est plus démontable (ou très difficilement), ce qui limite une fois encore les possibilités de maintenance ou de recyclage des pièces.
Présentation de l'invention
Dans ce contexte, on propose selon l’invention un rotor pour machine électrique à flux axial tel que défini dans l’introduction, dans lequel il est prévu que l’un parmi une face interne de la bague circulaire et une face externe de chacun des blocs d’aimant présente un premier relief en creux, l’autre présentant une forme complémentaire ; et dans lequel le rotor comprend une pluralité de moyens de maintien chacun agencé entre le corps et un des blocs d’aimant de manière à contraindre ledit bloc d’aimant contre la bague circulaire avec la bague circulaire et ledit bloc d’aimant emboités au niveau dudit premier relief en creux.
Ainsi, grâce à l’invention, le rotor est assemblé sans colle ni frettage. Les moyens de maintien, en coopération avec la bague circulaire creuse, assurent la cohésion du rotor.
Ne pas fixer les blocs d’aimant au corps par collage ou par frettage permet de se passer de machines spécifiques et ainsi de réduire les coûts de fabrication. Cela simplifie également la fabrication en série du rotor en supprimant des étapes complexes telles que le chauffage à haute température ou le frettage.
En outre, le rotor selon l’invention permet d’envisager la séparation des blocs d’aimant du corps et ainsi de faciliter la maintenance et le recyclage du rotor ou uniquement de certains de ses éléments.
Qui plus est, dans un mode de réalisation préféré, les blocs d’aimant peuvent effectuer de petites translations dans des directions radiales. Les moyens de maintien jouent alors le rôle d’amortisseurs lorsque les blocs d’aimant se déplacement vers le centre du rotor. Les contraintes que les blocs d’aimant subissent sont ainsi réduites ce qui permet limiter les risques de cassure et d’augmenter leur longévité.
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 :
- lesdits moyens de maintien sont amovibles ;
- ladite bague circulaire est élastique ;
- chacun desdits moyens de maintien est disposé dans un logement prévu dans le corps, ledit logement comprenant une ouverture conçue pour introduire ledit moyen de maintien dans ledit logement, ladite ouverture présentant une taille inférieure à celle dudit moyen de maintien ;
- lesdits moyens de maintien sont des ressorts ou des clips ou des piges frettées ;
- chacun desdits moyens de maintien est enserré entre une face interne d’un bloc d’aimant et le corps ;
- chacun desdits moyens de maintien est excentré par rapport à l’épaisseur du corps selon l’axe longitudinal ;
- chacune desdites branches comprend deux seconds reliefs en creux ou en saillie opposés l’un à l’autre et s’étendant en longueur selon une direction d’extension de ladite branche, et chacun desdits blocs d’aimant présente deux faces latérales comprenant chacune un troisième relief de forme complémentaire à celle du second relief de la branche avec laquelle ladite face latérale est en contact ;
- chacun desdits seconds reliefs présente une profondeur ou respectivement une hauteur, en direction de la face latérale avec laquelle ledit second relief est en contact, croissante en se rapprochant de l’axe longitudinal ;
- chacun desdits bloc d’aimant comprend une pluralité d’aimants unitaires collés ou frettés dans un support périphérique ;
- il est prévu des moyens antivibratoires entre chaque bloc d’aimant et le moyeu ;
- ledit corps est en aluminium.
- lesdits moyens de maintien sont amovibles ;
- ladite bague circulaire est élastique ;
- chacun desdits moyens de maintien est disposé dans un logement prévu dans le corps, ledit logement comprenant une ouverture conçue pour introduire ledit moyen de maintien dans ledit logement, ladite ouverture présentant une taille inférieure à celle dudit moyen de maintien ;
- lesdits moyens de maintien sont des ressorts ou des clips ou des piges frettées ;
- chacun desdits moyens de maintien est enserré entre une face interne d’un bloc d’aimant et le corps ;
- chacun desdits moyens de maintien est excentré par rapport à l’épaisseur du corps selon l’axe longitudinal ;
- chacune desdites branches comprend deux seconds reliefs en creux ou en saillie opposés l’un à l’autre et s’étendant en longueur selon une direction d’extension de ladite branche, et chacun desdits blocs d’aimant présente deux faces latérales comprenant chacune un troisième relief de forme complémentaire à celle du second relief de la branche avec laquelle ladite face latérale est en contact ;
- chacun desdits seconds reliefs présente une profondeur ou respectivement une hauteur, en direction de la face latérale avec laquelle ledit second relief est en contact, croissante en se rapprochant de l’axe longitudinal ;
- chacun desdits bloc d’aimant comprend une pluralité d’aimants unitaires collés ou frettés dans un support périphérique ;
- il est prévu des moyens antivibratoires entre chaque bloc d’aimant et le moyeu ;
- ledit corps est en aluminium.
L’invention propose également un procédé d’assemblage d’un rotor tel que décrit ci-dessus comprenant les étapes suivantes :
- insertion des blocs d’aimants entre les branches ;
- mise en place de la bague circulaire autour des blocs d’aimant ;
- activation des moyens de maintien entre le corps et les blocs d’aimant de manière à contraindre les blocs d’aimant contre la bague circulaire.
- insertion des blocs d’aimants entre les branches ;
- mise en place de la bague circulaire autour des blocs d’aimant ;
- activation des moyens de maintien entre le corps et les blocs d’aimant de manière à contraindre les blocs d’aimant contre la bague circulaire.
Ce procédé d’assemblage permet d’assembler le rotor sans frettage ni collage. En effet, avant la mise en place des moyens de maintien, les blocs d’aimant sont légèrement plus proches du corps, ce qui laisse un jeu suffisant pour mettre sans efforts la bague circulaire en place.
L’invention propose enfin un procédé de démontage d’un rotor tel que décrit ci-dessus comprenant les étapes suivantes :
- désactivation des moyens de maintien de manière séparer les blocs d’aimant de la bague circulaire ;
- retrait de la bague circulaire de la périphérie des blocs d’aimant ;
- retrait d’au moins un des blocs d’aimant d’entre les branches.
- désactivation des moyens de maintien de manière séparer les blocs d’aimant de la bague circulaire ;
- retrait de la bague circulaire de la périphérie des blocs d’aimant ;
- retrait d’au moins un des blocs d’aimant d’entre les branches.
Ce procédé de démontage permet par exemple de pouvoir séparer un des éléments du rotor dans le but de le réparer ou de le remplacer. De façon générale, ce procédé de démontage facilite la maintenance du rotor.
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 :
Un rotor pour machine électrique à flux axial selon l’invention, tel que représenté à la et désigné dans son ensemble par la référence 1, présente globalement une forme de disque centré autour d’un axe longitudinal A1. Ici, le rotor 1 présente plus spécifiquement une forme de cylindre aplati dont la l’épaisseur, dimension selon l’axe longitudinal 1, est très inférieure au diamètre, dimension selon une direction radiale perpendiculaire l’axe longitudinal A1. L’axe longitudinal A1 correspond ici à l’axe de rotation du rotor 1 lorsque celui-ci est en rotation au sein d’une machine électrique.
Sur la , le rotor 1 est solidarisé par des vis 2 à une bride 3 et à un arbre moteur 4. Le rotor 1 est par exemple compris entre deux stators en forme de disques également centrés autour de l’axe longitudinal A1. Lorsque les stators mettent le rotor 1 en rotation, ce dernier entraine l’arbre moteur 4. La machine électrique comprenant le rotor 1 et les stators produit alors un couple.
Le rotor 1 présente deux faces circulaires opposées. La distance entre ces deux faces circulaires selon l’axe longitudinal A1 définit l’épaisseur du rotor 1.
Par la suite, on appelle périphérie du rotor 1 sa partie extérieure, par opposition à sa partie centrale située au niveau de l’axe longitudinal A1. Ainsi, la périphérie du rotor 1 correspond à un pourtour circulaire située à distance de l’axe longitudinal A1.
Comme le montre la , le rotor 1 comprend :
- un corps 10 ;
- une pluralité de blocs d’aimant 20 disposés en périphérie du corps 10 ;
- une bague circulaire 30 entourant les blocs d’aimant 20, la bague circulaire 30 et les blocs d’aimant 20 étant emboités au niveau d’un premier relief 50 en creux (non visibles sur la ) ;
- une pluralité de moyens de maintien 40 des blocs d’aimant 20 (non visibles sur la ).
- un corps 10 ;
- une pluralité de blocs d’aimant 20 disposés en périphérie du corps 10 ;
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- une pluralité de moyens de maintien 40 des blocs d’aimant 20 (non visibles sur la
Le corps 10 comprend un moyeu 11 et une pluralité de branches 12 s’étendant à partir du moyeu 11. Le moyeu 11 constitue la partie centrale du corps 10 et présente un évidement central permettant la fixation de la bride 3 et de l’arbre moteur 4. Ici, les branches 12 s’étendent selon des directions sensiblement radiales par rapport à l’axe longitudinal A1. Telles que représentées sur les figures, les branches 12 s’affinent en direction de la périphérie du rotor 1.
Les branches 12 sont toutes identiques et régulièrement réparties autour du moyeu 11 de façon à être séparées deux à deux par un espace.
Comme cela apparait bien sur la , chaque paire de deux branches adjacentes 12 délimite une encoche 13 de forme trapézoïdale. Deux branches 12 sont ici adjacentes lorsqu’elles ne sont pas séparées pas une autre branche. L’encoche 13 est ici radialement ouverte vers la périphérie du rotor 1.
Ici, le corps 10 est de préférence en aluminium, ce qui permet de réduire les coûts de fabrication du rotor 1. Comme cela est décrit ultérieurement, l’utilisation d’un corps 1 en aluminium, plus fragile qu’un corps en matériau composite, est rendue possible par le fait que les blocs d’aimant 20 ne sont pas fixés aux branches 12. Les branches 12 ne subissent ainsi quasiment aucunes contraintes radiales lorsque le rotor 1 est en fonctionnement.
Le corps 10 est par exemple réalisé par un empilage de tôles d’aluminium d’une épaisseur inférieure ou égale au millimètre. En variante, on peut prévoir que le corps 10 du rotor 1 soit réalisé dans un autre matériau métallique ou en matériaux composites par exemple composés de fibres noyées dans une résine.
Les blocs d’aimant 20 sont répartis dans les espaces libres entre les branches 12. Chaque bloc d’aimant 20 est disposé entre deux branches 12 adjacentes. Chaque bloc d’aimant 20 est ainsi disposé dans une encoche 13, la forme des encoches étant adaptée à la forme de blocs d’aimant 20. Un seul bloc d’aimant 20 est disposé entre chaque paire de branches 12 adjacentes. Le rotor 1 comprend donc autant de blocs d’aimant 20 que de branches 12, par exemple 16 de chaque comme dans l’exemple illustré sur la .
Comme cela ressort plus particulièrement de la , chaque bloc d’aimant 20 présente ici une forme globalement trapézoïdale. Chaque bloc d’aimant 20 comprend ainsi deux faces principales de formes sensiblement trapézoïdales et deux faces latérales 21. Au sein du rotor 1, chaque face latérale 21 fait face à une branche 12. Chaque bloc d’aimant 20 comprend aussi une face interne 22, faisant face, au sein du rotor 1, au moyeu 11. Enfin, chaque bloc d’aimant 20 comprend une face externe 23. La face externe 23 est située en périphérie du rotor 1 et présente globalement une courbure en arc-de-cercle.
Ici, comme cela ressort particulièrement de la , chaque bloc d’aimant 20 comprend une pluralité d’aimants unitaires 25 insérés à l’intérieur d’un support périphérique 26. Les aimants unitaires 25 sont par exemple collés ou frettés dans le support périphérique 26. Dans ce cas, les faces latérales 21, internes 22 et externes 23 des blocs d’aimants 20 sont formées par le support périphérique 26. Le support périphérique 26 est réalisé dans un matériau amagnétique, par exemple en polymère.
Pour assurer le maintien des blocs d’aimant 20 dans le corps 10 selon l’axe longitudinal A1, chaque bloc d’aimant 20 est enserré entre deux branches 12 adjacentes au moyen de liaisons glissières, ici de type rainure-nervure, s’étendant vers la périphérie du rotor 1.
Pour réaliser des liaisons glissières, chaque branche 12 comprend deux seconds reliefs 14, en creux ou en saillie, opposés l’un à l’autre et s’étendant en longueur selon une direction d’extension de le branche 12, c’est-à-dire vers la périphérie du rotor 1. Chaque bloc d’aimant 20 comprend quant à lui, au niveau de chacune de ses face latérales 21, un troisième relief 24 de forme complémentaire aux seconds reliefs 14. Les troisièmes reliefs 24 sont ici formés dans le support périphérique 26.
Ici, pour chaque branche 12, les seconds reliefs 14 sont du même type.
En pratique, comme le montre bien la , chaque branche 12 porte sur ses deux côtés opposés (ceux situés en regard des blocs d’aimant 20), deux nervures dont les profils présentent des sections rectangulaires (ces nervures forment les deux seconds reliefs 14). En correspondance, comme le montre la , les deux faces latérales 21 de chaque bloc d’aimant 20 présentent chacune une rainure en creux conçue pour s’insérer dans la nervure de la branche 12 correspondante. En variante, les branches 12 pourraient comprendre des rainures et les blocs d’aimant 20 des nervures.
Avantageusement, prévoir les nervures sur les branches 12 et les rainures sur les blocs d’aimant 20 permet de renforcer les branches 12.
Comme le montrent les figures 2 et 3, la dimension des seconds reliefs 14 et des troisièmes reliefs 24 dans un plan orthogonal à l’axe longitudinal A1, c’est-à-dire ici la profondeur des nervures et la hauteur des rainures selon la dimension ortho-radiale du rotor, augmente progressivement en se rapprochant de l’axe longitudinal A1. Cette variation de taille de l’emboitement permet d’améliorer la tenue des blocs d’aimant 20 selon l’axe longitudinal A1 tout en limitant les risques de cassure des branches 12.
Comme représenté sur la , la bague circulaire 30 présente une forme globalement annulaire. La bague circulaire 30 est disposée en périphérie du rotor 1. La bague circulaire 30 entoure les blocs d’aimant 20, et plus spécifiquement, l’ensemble formé par le corps 10 et les blocs d’aimant 20. La bague circulaire 30 est en contact par sa face interne 31 avec les faces externes 23 des blocs d’aimant 20.
La bague circulaire 30 est ici en aluminium. L’aluminium est en effet moins cher que les matériaux en fibre de carbone classiquement utilisés pour les bagues circulaires. L’utilisation d’une bague circulaire 30 en aluminium est notamment rendue possible car, comme cela est décrit ultérieurement, la mise en place de la bague circulaire 30 ne requiert pas de frettage.
De plus, il est ici prévu que la bague circulaire 30 soit uniquement au contact des blocs d’aimant 20. Cela signifie que la bague circulaire 30 n’est pas au contact du corps 10. Pour cela, les blocs d’aimant 20 dépassent légèrement des encoches 13 au niveau de la périphérie du rotor 1. Toute la contrainte exercée par la bague circulaire 30 est ainsi appliquée aux blocs d’aimant 20 ce qui améliore leur maintien dans les encoches 13.
En variante, la bague circulaire 30 pourrait venir au contact des blocs d’aimant 20 et du corps 10.
Ici, la bague circulaire 30 est élastique. Cela signifie ici que la bague circulaire 30 peut légèrement se déformer lorsque le rotor tourne, accélère ou décélère brutalement.
De façon préférentielle, la bague circulaire 30 est profilée en ce sens qu’elle présente une section transversale de forme invariable tout le long de son contour. Sa mise en place sur les blocs d’aimant 20 s’en trouve alors facilitée.
Le maintien de la bague circulaire 30 sur ces blocs d’aimant n’est pas réalisé par un montage en force ou via l’emploi de colle ou de moyens de fixation rapportés. Au contraire, il est réalisé par coopération de formes géométriques.
Ici, la face interne 31 de la bague circulaire 30 ou les faces externes 23 des blocs d’aimant 20 présentent un premier relief 50 en creux. Les faces externes 23 des blocs d’aimant 20, ou respectivement la face interne 31 de la bague circulaire 30, présentent une forme complémentaire au premier relief 50 en creux. Ainsi la face interne 31 de la bague circulaire 30 ou les faces externes 23 des blocs d’aimant 20 sont conçues pour être emboitées les unes dans les autres au niveau du premier relief 50 en creux.
Lorsque les faces externes 23 des blocs d’aimant 20 présentent un premier relief 50 en creux, cela signifie alors que chaque face externe 23 présente un premier relief 50 en creux, qui est de préférence identique sur toutes les faces externes 23.
De façon générale, une forme complémentaire ne signifie pas ici que la face en question, c’est-à-dire la face interne 31 de la bague circulaire 30 ou la face externe 23 du bloc d’aimant 20, présente nécessairement un relief en saillie de forme complémentaire au premier relief 50 en creux, bien cela puisse être le cas. Comme cela apparait dans les exemples illustrés sur les figures 4 et 5, la face en question peut présenter un profil rectiligne droit (sans relief) tout en étant conçue pour s’emboiter, par ses dimensions, dans le premier relief 50 en creux.
Dans l’exemple illustré sur la , le premier relief en creux 50 est localisé la face interne 31 de la bague circulaire 30 et le bloc d’aimant 20 présente un relief de forme complémentaire. Ce cas est celui du rotor 1 représenté en . Ici, la bague circulaire 30 comprend une gorge dont la concavité est orientée vers les blocs d’aimants 20, c’est-à-dire vers l’axe longitudinal A1. Dans ce cas, la face externe 23 du bloc d’aimant 20 est au contact avec le fond de la gorge formée dans la face interne 31 de la bague circulaire 30.
Dans l’exemple illustré sur la , le premier relief en creux 50 est localisé sur la face externe 23 du bloc d’aimant 20 et la bague circulaire 30 présente une forme complémentaire. Toutefois, on peut prévoir que la bague circulaire 30 présente une hauteur selon l’axe longitudinale A1 supérieure à celle du premier relief 50 en creux (la taille de la face interne 31 ne correspond alors pas à celle du premier relief 50) et que la face interne 31 de la bague circulaire 30 présente une nervure en saillie de forme complémentaire au premier relief 50 en creux prévu dans la face externe 23 du bloc d’aimant 20.
En variante, la bague circulaire pourrait comprendre à la fois une gorge entourant la face externe du bloc d’aimant et une nervure en saillie conçue pour s’emboiter dans un renfoncement de la face externe du bloc d’aimant. Une telle variante correspondrait à une combinaison des deux exemples illustrés en figures 4 et 5.
Les moyens de maintien 40 permettent, en coopération avec la bague circulaire 30, de maintenir les blocs d’aimant 20 dans les encoches 13, c’est-à-dire de les solidariser au corps 10.
Ici, comme le montre la , chaque moyen de maintien 40 est associé avec un bloc d’aimant 20 respectif. En d’autres termes, il est ici prévu un moyen de maintien 40 par bloc d’aimant 20. Le rotor 1 comprend donc autant de moyens de maintien 40 que de bloc d’aimant. En variante, on pourrait prévoir plusieurs moyens de maintien par bloc d’aimant.
On observe bien, sur la ou 8, que chaque moyen de maintien 40 est agencé entre le corps 10 et un bloc d’aimant 20. Plus spécifiquement, chaque moyen de maintient 40 est ici agencé entre le moyeu 11, à la base de deux branches 12 adjacentes, et la face interne 22 du bloc d’aimant 20.
Chaque moyen de maintien 40 est agencé de manière à contraindre le bloc d’aimant 20 associé contre la bague circulaire 30. Ainsi, le moyen de maintien 40 permet de maintenir la bague circulaire 30 et le bloc d’aimant 20 emboités au niveau du premier relief 50 en creux.
Ici, si on considère le plan de symétrie radial d’un bloc d’aimant 30 (comprenant l’axe longitudinal A1), chaque moyen de maintien 40 est disposé de façon à exercer une force sur ce bloc d’aimant dans une direction comprise dans ce plan de symétrie radial et orientée vers la périphérie du rotor 1.
Pour générer ces forces, les moyens de maintien 40 sont ici préférentiellement précontraints. Cela signifie qu’ils ont subits, au moment de leur montage sur le corps 10, une déformation élastique due à une compression selon un axe radial par rapport à l’axe longitudinal A1. Les contraintes qu’ils génèrent sur les blocs d’aimant 20 proviennent donc de forces de rappel. Pour plus de fiabilité, les moyens de maintien 40 sont de préférence réalisés d’un seul tenant. Les moyens de maintien 40 sont par exemple en métal.
Grâce à l’élasticité des moyens de maintien 40 et de la bague circulaire 30, lorsque le rotor 1 est en fonctionnement et que des forces radiales, dirigées vers le centre ou la périphérie du rotor 1, s’exercent sur les blocs d’aimant 20, ces derniers peuvent effectuer de petits déplacements, tout en étant tenus en permanence de part et d’autre. La coopération des moyens de maintien 40 et de la bague circulaire 30 permet d’amortir ces déplacements. Cette liberté de mouvement concédée aux blocs d’aimant 20 permet de limiter les à-coups en phase d’accélération et en phase de décélération et ainsi de limiter les risques de cassure des blocs d’aimant 20.
Les moyens de maintien 40 sont ici amovibles. Cela signifie que les moyens de maintien 40 peuvent être désolidarisés du rotor 1, par exemple à l’aide d’un outil spécifique, tout en laissant les blocs d’aimants 20 dans les encoches 13. Des moyens de maintien 40 amovibles offrent de nombreuses possibilités de maintenance, par exemple en permettant un démontage du rotor 1 avec une réutilisation de ses éléments.
De préférence, les faces internes 22 des blocs d’aimant 20 comprennent chacune un renfoncement conçu pour recevoir une extrémité du moyen de maintien 40.
Ici, les moyens de maintien 40 sont par exemples des ressorts, typiquement des ressorts hélicoïdaux, ou des clips ou des piges frettées. Des lames ressort pourraient aussi être employées. De préférence, tous les moyens de maintien 40 du rotor 1 sont du même type.
Dans un premier mode de réalisation du rotor 1, présenté sur les figures 1, 6 et 7, les moyens de maintien 40 sont des clips. Comme représenté en , les moyens de maintien 40 sont plus spécifiquement des circlips présentant essentiellement la forme d’un anneau ouvert comprenant, de part et d’autre de l’ouverture, deux orifices 41 conçus pour manipuler le moyen de maintien 40 à l’aide d’un outil spécifique (par exemple une pince à circlip). La déformation élastique des moyens de maintien 40 est ici une réduction du diamètre des clips, c’est-à-dire une réduction de l’ouverture de l’anneau.
Dans un deuxième mode de réalisation du rotor 1, représenté sur la , les moyens de maintien 40 sont des ressorts hélicoïdaux de compression dont l’axe d’enroulement des spirales correspond à une direction radiale. La déformation élastique des moyens de maintien 40 est ici une réduction de la longueur des ressorts.
Dans un troisième mode de réalisation (non-représenté), les moyens de maintien sont des piges frettées. Une pige est par exemple une pièce conique ou tronconique agencée en force par son extrémité de plus faible diamètre entre corps 10 et le bloc d’aimant 20. En insérant la pige entre le moyeu 11 et la face interne 23 d’un bloc d’aimant 20, le bloc d’aimant 20 est progressivement contraint contre la bague circulaire 30. La déformation élastique des moyens de maintien 40 est ici une légère compression du volume de la pige.
Lorsque les moyens de maintient sont des ressorts ou des clips, (voire des piges) ces derniers peuvent être positionnés dans des logements 60 prévus dans le corps 10. Un logement 60 est ici un évidement, réalisé dans le corps 10, dont les dimensions sont adaptées à recevoir au moins une partie d’un moyen de maintien 40. Les logements 60 sont prévus dans le corps 10 et plus spécifiquement dans le moyeu 11. Les logements 60 débouchent vers les blocs d’aimants 20, au niveau d’une sortie orientée vers la périphérie du rotor 1, pour que les moyens de maintien 40 puissent appliquer une contrainte sur les blocs d’aimants 20.
Dans le premier mode de réalisation, comme représenté aux figures 6 et 7, le logement 60 est situé dans le moyeu 11 et présente une forme de disque centré sur un axe parallèle à l’axe longitudinal A1.
Dans le premier mode de réalisation, représenté sur les figures 6 et 7, chaque logement 60 comprend, en plus de sa sortie, une ouverture 61 spécifiquement conçue pour introduire le moyen de maintien 40 dans le logement 60. Comme le montrent les figures 6 et 7, les ouvertures 61 sont circulaires. Les ouvertures 61 sont prévues dans le moyeu 11 au niveau d’une des deux faces circulaires du rotor 1. Pour empêcher le moyen de maintien 40 de sortir du logement 60 de manière imprévisible, l’ouverture 61 présente une taille inférieure à celle du moyen de maintien 40. En d’autres termes, l’ouverture 61 présente une taille inférieure à celle du logement 60 lui-même. On utilise ici l’élasticité du moyen de maintient 40 pour le comprimer et l’introduire par l’ouverture 61. Une fois dans le logement 60, le moyen de maintien 40 se détend.
Dans le cas du deuxième mode de réalisation représenté sur la , le logement 60 présente la forme d’un cylindre s’étendant selon une direction radiale. Le logement 60 est alors en creux dans la face externe du moyeu 11 qui est en regard du bloc d’aimant associé. Dans une variante non représentée, on peut prévoir que le logement 60 du ressort comprenne en outre une ouverture de forme rectangulaire permettant une insertion latérale du ressort lorsque ce dernier est comprimé.
Ici, les moyens de maintien 40 sont excentrés par rapport à l’épaisseur du corps 10. En d’autres termes, les moyens de maintien 40 ne sont pas situés au milieu de l’épaisseur du corps 10 mais sont plus proches d’une des deux faces circulaires du rotor 1. Ce positionnement des moyens de maintien 40 est particulièrement visible sur la . Ici, les logements 60 eux-mêmes sont excentrés par rapport à l’épaisseur du corps 10. Du fait de cette excentricité, chaque moyen de maintien 40 applique un effort sur le bloc d’aimant 20 associé, ce qui améliore la tenue du bloc d’aimant 20 dans l’encoche 13.
On décrit maintenant en référence aux figures 6 à 8 deux modes de réalisation d’un procédé d’assemblage du rotor 1.
Dans ces deux modes de réalisation, le procédé d’assemble comprend les étapes principales suivantes :
e1 – insertion des blocs d’aimants 20 entre les branches 12 (un joint anti-vibration ou un ruban élastique, par exemple en mousse, étant optionnellement collé sur la face interne 22 des blocs d’aimants 20 avant leur insertion entre les branches 12 ;
e2 - mise en place de la bague circulaire 30 autour des blocs d’aimant 20 ;
e3 - activation des moyens de maintien 40 entre le corps 10 et les blocs d’aimant 20 de manière à contraindre les blocs d’aimant 20 contre la bague circulaire 30.
e1 – insertion des blocs d’aimants 20 entre les branches 12 (un joint anti-vibration ou un ruban élastique, par exemple en mousse, étant optionnellement collé sur la face interne 22 des blocs d’aimants 20 avant leur insertion entre les branches 12 ;
e2 - mise en place de la bague circulaire 30 autour des blocs d’aimant 20 ;
e3 - activation des moyens de maintien 40 entre le corps 10 et les blocs d’aimant 20 de manière à contraindre les blocs d’aimant 20 contre la bague circulaire 30.
Le premier mode de réalisation du procédé d’assemblage est illustré aux figures 6 et 7. Dans ce premier mode de réalisation, la bague circulaire 30 présente une gorge en creux dans sa face interne et les moyens de maintien 40 sont des clips.
Ce premier mode de réalisation est caractérisé par le fait que les moyens de maintien 40 sont mis en place après la mise en place de la bague circulaire 30 autour des blocs d’aimant 20.
Lors d’une étape préliminaire les blocs d’aimant 20 sont assemblés en collant ou frettant les aimants unitaires 25 dans le support périphérique 26.
Ensuite, lors de l’étape d’insertion e1, les blocs d’aimants 20 sont insérés entre les branches 12 du corps 10 selon des directions sensiblement radiales. L’insertion est guidée par les liaisons glissières entre les branches 12 et les faces latérales 21 des blocs d’aimant 20. Les blocs d’aimant 20 sont insérés jusqu’à ce que leurs faces internes 22 soient en contact avec le moyeu 11.
Ainsi, à l’étape suivante de mise en place e2, la bague circulaire 30 peut être mise en place sans forcer, typiquement sans frettage. En effet, la bague circulaire 30 est ici légèrement plus large que le pourtour des blocs d’aimant 20 lorsque ces derniers sont plaqués contre le moyeu 11 du corps 10. Dans cette configuration, un jeu entre le pourtour des blocs d’aimant 20 et la bague circulaire 30 permet de mettre en place cette dernière facilement. Ce n’est que lors de l’étape d’activation e3 des moyens de maintien 40 que les blocs d’aimant 20 rentrent en contact avec la bague circulaire 30.
L’étape d’activation e3 comprend ici les sous étapes suivantes :
- préhension et compression du moyen de maintien 40 par un outil ;
- insertion du moyen de maintien 40 dans le logement 60 par l’ouverture 61 ;
- retrait de l’outil et déploiement du moyen de maintien 40, ce qui entraine la mise en contrainte du bloc d’aimant 20 contre la bague circulaire 30.
- préhension et compression du moyen de maintien 40 par un outil ;
- insertion du moyen de maintien 40 dans le logement 60 par l’ouverture 61 ;
- retrait de l’outil et déploiement du moyen de maintien 40, ce qui entraine la mise en contrainte du bloc d’aimant 20 contre la bague circulaire 30.
Ici, l’outil est par exemple conçu pour saisir un clip au niveau de deux orifices 41. En rapprochant ces deux orifices 41, le diamètre du clip diminue, ce qui permet de le positionner dans le logement 60. En retirant l’outil, le clip se détend et vient en butée contre la face interne 23 du bloc d’aimant 20.
Lors de l’étape d’activation e3, les blocs d’aimant 20 s’emboitent avec la bague circulaire 30 au niveau du relief en creux 50, que celui-ci soit prévu sur la bague circulaire 30 comme sur la ou que celui-ci soit prévu sur les faces externes 23 des blocs d’aimant 20 comme sur la .
En variante, on peut prévoir que les moyens de maintien soient des piges frettées et que l’étape d’activation consiste à insérer les piges entre le corps et les blocs d’aimant, par exemple au moyen d’une presse. Encore en variante, on peut prévoir que les moyens de maintien soient des ressorts introduits latéralement dans les logements par les ouvertures rectangulaires.
Un deuxième mode de réalisation du procédé d’assemblage est illustré par la . Dans ce deuxième mode de réalisation, les moyens de maintien 40 sont des ressorts. Ce deuxième mode de réalisation se distingue du premier mode de réalisation en ce que les moyens de maintien 40 sont positionnés dans les logements 60 avant la mise en place des blocs d’aimant 20.
Ainsi, avant l’étape d’insertion e1 des blocs d’aimant 20, le procédé d’assemblage selon ce deuxième mode de réalisation comprend une étape préliminaire de placement des moyens de maintien 40 sur le corps 10.
Une fois insérés entre les branches du corps 10, les blocs d’aimant 20 sont comprimées contre le moyeu 11 (les ressorts sont donc comprimés également). Cela permet, comme dans le premier mode de réalisation, de mettre en place la bague circulaire 30 sans forcer grâce à un jeu entre le pourtour des blocs d’aimant 20 et la bague circulaire 30.
L’étape d’activation e3 des moyens de maintien 40 consiste alors à relâcher la compression des blocs d’aimant 20 pour que les moyens de maintien 40 puissent se détendre.
On décrit maintenant un procédé de démontage du rotor 1 comprenant les étapes principales suivantes :
e4 - désactivation des moyens de maintien 40 de manière à séparer les blocs d’aimant 20 de la bague circulaire 30 ;
e5 - retrait de la bague circulaire 30 de la périphérie des blocs d’aimant 20 ;
e6 - retrait d’au moins un des blocs d’aimant 20 d’entre les branches 12.
e4 - désactivation des moyens de maintien 40 de manière à séparer les blocs d’aimant 20 de la bague circulaire 30 ;
e5 - retrait de la bague circulaire 30 de la périphérie des blocs d’aimant 20 ;
e6 - retrait d’au moins un des blocs d’aimant 20 d’entre les branches 12.
Lorsque le rotor 1 a été assemblé selon le premier mode de réalisation, l’étape de désactivation e4 comprend les sous étapes suivantes :
- préhension et compression du clip par un outil, ce qui entraine la mise hors contrainte du bloc d’aimant 20 ;
- retrait du moyen de maintien 40 du logement 60 par l’ouverture 61.
- préhension et compression du clip par un outil, ce qui entraine la mise hors contrainte du bloc d’aimant 20 ;
- retrait du moyen de maintien 40 du logement 60 par l’ouverture 61.
Les blocs d’aimant 20 peuvent ensuite être rapprochés du corps 10, typiquement jusqu’à mettre les faces internes 23 au contact du moyeu 11, pour produire le jeu entre le pourtour des blocs d’aimant 20 et la bague circulaire 30. Lors de l’étape de retrait e5 de la bague circulaire 30, cette dernière peut alors être retirée sans difficulté.
Lorsque le rotor 1 a été assemblé selon le deuxième mode de réalisation, l’étape de désactivation e4 comprend la compression des blocs d’aimants 20, et donc des moyens de maintien 40, contre le corps 10 vers l’axe longitudinal A1 pour produire le jeu mentionné ci-dessus.
Ensuite, lors de l’étape de retrait e6 suivante, un, plusieurs ou tous les blocs d’aimant 20 peuvent être retirés.
Ce procédé de démontage présente de nombreux avantages tels que de pouvoir remplacer ou réparer un élément du rotor 1 ou de pouvoir séparer et trier les différents éléments en vue de leur recyclage.
La présente invention n’est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l’homme du métier saura y apporter toute variante conforme à l’invention.
Claims (12)
- Rotor (1) pour machine électrique à flux axial, ledit rotor (1) présentant une forme de disque centré autour d’un axe longitudinal (A1) et comprenant :
- un corps (10) comprenant un moyeu (11) à partir duquel s’étendent une pluralité de branches (12) ;
- une pluralité de blocs d’aimant (20), chaque bloc d’aimant (20) étant disposé entre deux branches (12) adjacentes ;
- une bague circulaire (30) disposée en périphérie du rotor (1) et entourant les blocs d’aimant (20),
caractérisé en ce que :
- l’une parmi une face interne (31) de la bague circulaire (30) et une face externe (23) de chacun des blocs d’aimant (20) présente un premier relief (50) en creux, l’autre présentant une forme complémentaire ;
- le rotor (1) comprend une pluralité de moyens de maintien (40) chacun agencé entre le corps (10) et un bloc d’aimant (20) de manière à contraindre ledit bloc d’aimant (20) contre la bague circulaire (30), avec la bague circulaire (30) et ledit bloc d’aimant (20) emboités au niveau dudit premier relief (50) en creux. - Rotor (1) selon la revendication 1, dans lequel lesdits moyens de maintien (40) sont amovibles.
- Rotor (1) selon l’une des revendications 1 à 2, dans lequel chacun desdits moyens de maintien (40) est disposé dans un logement (60) prévu dans le corps (10), ledit logement (60) comprenant une ouverture (61) conçue pour introduire ledit moyen de maintien (40) dans ledit logement (60), ladite ouverture (61) présentant une taille inférieure à celle dudit moyen de maintien (40).
- Rotor (1) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel lesdits moyens de maintien (40) sont des ressorts ou des clips ou des piges frettées.
- Rotor (1) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel chacun desdits moyens de maintien (40) est enserré entre une face interne (22) d’un bloc d’aimant (20) et le corps (10).
- Rotor (1) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel chacun desdits moyens de maintien (40) est excentré par rapport à l’épaisseur du corps (10) selon l’axe longitudinal (A1).
- Rotor (1) selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel chacune desdites branches (12) comprend deux seconds reliefs (14) en creux ou en saillie opposés l’un à l’autre et s’étendant en longueur selon une direction d’extension de ladite branche (12), et dans lequel chacun desdits blocs d’aimant (20) présente deux faces latérales (21) comprenant chacune un troisième relief (24) de forme complémentaire à celle du second relief (14) de la branche (12) avec laquelle ladite face latérale (21) est en contact.
- Rotor (1) selon la revendication 7, dans lequel chacun desdits seconds reliefs (14) présente une profondeur ou respectivement une hauteur croissante en se rapprochant de l’axe longitudinal (A1).
- Rotor (1) selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel chacun desdits bloc d’aimant (20) comprend une pluralité d’aimants unitaires (25) collés ou frettés dans un support périphérique (26).
- Rotor (1) selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel il est prévu des moyens antivibratoires entre chaque bloc d’aimant (20) et le moyeu (11).
- Procédé d’assemblage d’un rotor (1) selon l’une des revendications 1 à 10, comprenant les étapes suivantes :
- insertion des blocs d’aimants (20) entre les branches (12) ;
- mise en place de la bague circulaire (30) autour des blocs d’aimant (20) ;
- activation des moyens de maintien (40) entre le corps (10) et les blocs d’aimant (20) de manière à contraindre les blocs d’aimant (20) contre la bague circulaire (30). - Procédé de démontage d’un rotor (1) selon l’une des revendications 1 à 10, comprenant les étapes suivantes :
- désactivation des moyens de maintien (40) de manière séparer les blocs d’aimant (20) de la bague circulaire (30) ;
- retrait de la bague circulaire (30) de la périphérie des blocs d’aimant (20) ;
- retrait d’au moins un des blocs d’aimant (20) d’entre les branches (12).
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