FR3134256A1 - Rotor de machine électrique tournante - Google Patents

Abstract

Rotor de machine électrique tournante Rotor (30) de machine électrique tournante, comportant :- au moins un aimant permanent (1),- une masse rotorique (33) comportant des tôles empilées les unes sur les autres, comportant au moins un logement (4) recevant l’aimant permanent (1), le logement (4) étant délimité par au moins une grande face (5a) en regard d’un grand côté (2a) de l’aimant permanent (1), au moins une tôle (6) comportant au moins deux découpes (10) ménageant entre elles au moins une patte (12) se raccordant à ladite grande face (5a) du logement (4) et s’étendant dans le logement (4), notamment en direction de l’entrefer, la tôle (6) comportant un ou des poinçonnages (15) ménagés dans la ou les pattes (12) et permettant de maintenir l’aimant permanent (1) contre une face opposée (6b) du logement (4). Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

Rotor de machine électrique tournante

La présente invention concerne les machines électriques tournantes et plus particulièrement les rotors de telles machines. L’invention s’intéresse aux rotors à aimants permanents.

L’invention porte plus particulièrement sur les machines synchrones ou asynchrones, à courant alternatif. Elle concerne notamment les machines de traction ou de propulsion de véhicules automobiles électriques (Battery Electric Vehicle) et/ou hybrides (Hybrid Electric Vehicle – Plug-in Hybrid Electric Vehicle), telles que les voitures individuelles, camionnettes, camions ou bus. L’invention s’applique également à des machines électriques tournantes pour des applications industrielles et/ou de production d’énergie, notamment navales, aéronautiques ou éoliennes.

Les rotors à aimants permanents sont généralement composés d’une masse rotorique et d’aimants permanents de formes géométriques diverses.

La masse rotorique peut comporter un empilement de tôles magnétiques minces découpées. Elle peut comporter un ou plusieurs paquets de tôles empilés les uns sur les autres.

Les aimants permanents peuvent être disposés en surface, faisant directement face à l’entrefer ou, en variante, être disposés à l’intérieur de la masse rotorique, dans des logements de celle-ci, étant alors dits « enterrés » ou « encastrés ».

Dans ce cas, il est nécessaire d’assurer un blocage mécanique radial et/ou axial des aimants permanents dans leur logement, ce blocage devant être suffisant afin d’éviter l’endommagement des aimants permanents et permettre le bon fonctionnement de la machine électrique tournante. En effet, en cas de calage insuffisant, les aimants permanents peuvent être soumis à des micro-déplacements, lesquels peuvent conduire à leur destruction, à une dégradation des performances électriques et magnétiques de la machine et à un défaut d’équilibrage.

Pour fixer l’aimant dans son logement, plusieurs techniques sont aujourd’hui appliquées, telle que l’utilisation de griffes, de cale(s), de colle, d’une forme spécifique d’aimant et de logement correspondant, par exemple l’utilisation d’aimants ayant une section transversale trapézoïdale, ou encore l’imprégnation de l’aimant dans son logement après sa mise en place.

Cependant, ces techniques présentent certains inconvénients. Leur mise en œuvre peut être délicate et coûteuse.

L’utilisation d’une pièce intermédiaire telle qu’une cale implique un surcoût et peut complexifier le procédé de fabrication.

L’utilisation de griffes n’est pas adaptée à certains types d’aimants permanents qui pourraient souffrir des griffures.

Le collage des aimants dans leurs logements est un procédé long qui nécessite généralement une opération de mise en température suivie d’une opération de refroidissement. Le collage des aimants peut également engendrer des coulures, ce qui impacte la propreté des pièces et rend plus complexe la fabrication de la machine. De plus, le collage des aimants implique un risque de dispersion de positionnement entre les différents aimants pour un même paquet de tôles mais aussi d’un paquet de tôles à l’autre si aucun pré-maintien des aimants n’est mis en place avant l’étape de collage. Enfin le collage peut poser un problème de durabilité dans le temps de l’assemblage pour certaines applications, et rend la récupération des aimants pratiquement impossible sans détérioration.

En ce qui concerne l’imprégnation, il s’agit d’un procédé long, coûteux et encombrant en termes de mise en œuvre, compte-tenu de la nécessité d’utiliser des bacs à vernis et des fours. De plus, cela impose une contrainte thermique liée à la démagnétisation des aimants et rend également la récupération des aimants impossible sans détérioration.

En outre, afin d’améliorer le coût et la performance des machines électriques, il peut être nécessaire d’augmenter la quantité des aimants, notamment lorsqu’il n’est pas possible d’améliorer leur qualité, ou de conserver les mêmes performances avec des aimants de moindre qualité et moins coûteux.

Une performance électromagnétique optimale est obtenue lorsqu’un aimant enterré – qui présente en section transversale deux petits côtés opposés et deux grands côtés opposés – est en contact parfait sur un ou ses deux grands côtés opposés avec le paquet de tôles dans lequel il est enterré, le passage du flux magnétique des aimants vers le paquet de tôles étant maximisé.

Cependant, il existe en général un jeu entre les aimants et leurs logements dans le paquet de tôles dans lequel ils sont insérés, constituant ainsi un entrefer du point de vue magnétique qui induit nécessairement des pertes dans les performances électromagnétiques de la machine. Un tel jeu est lié aux contraintes de fabrication qui ne permettent pas, pour des coûts raisonnables, de respecter des dimensions très précises dans le découpage des tôles ou dans la conception des aimants. Un jeu peut également être dû au fait que, les aimants étant sensibles à la corrosion, il peut être nécessaire de les recouvrir d’un revêtement protecteur induisant également une incertitude sur leurs dimensions.

En outre, les contraintes de montage nécessitent de conserver un certain jeu entre les aimants et les logements du paquet de tôles, de manière à faciliter l’insertion des aimants dans ce dernier, notamment lorsque le paquet de tôles est formé d’un empilement de tôles magnétiques minces. En effet, dans ce cas, les parois du paquet de tôles peuvent ne pas être parfaitement rectilignes compte tenu du fait qu’elles sont constituées d’un empilement de tôles minces, ce qui peut nécessiter un jeu de montage encore plus important.

Dans le cas où la machine comporte plusieurs aimants disposés en plusieurs rangées par pôle dans le paquet de tôles, les jeux des aimants des différentes rangées s’additionnent et affaiblissent d’autant les performances magnétiques de la machine.

Par ailleurs, l’utilisation de languettes pliables peut entrainer un risque d’amorce de rupture de la languette et de cassure de celle-ci.

Dans la demande internationale WO 2022/029053, les aimants permanents sont bloqués par des languettes pliables.

La demande internationale WO 2022/029058 a pour objet un rotor dans lequel les aimants sont bloqués par deux poinçons.

Dans la demande EP 3 890 162, les tôles comportent des protrusions et des ouvertures disposées à proximité des protrusions afin de permette la déformation de ponts de matière s’étendant entre les protrusions et les ouvertures, pour bloquer les aimants permanents. Il n’y a pas de poinçonnages au sens de l’invention.

Dans la demande US 2021/0028662, certaines tôles comportent des bloqueurs de forme générale triangulaire non symétrique, qui sont positionnés sur les côtés des aimants permanents pour bloquer ceux-ci. Ces bloqueurs ne sont pas des poinçonnages au sens de l’invention.

Dans les demandes DE 10 2017 210879, EP 3 611 824 et EP 3 695 486, les aimants sont maintenus par des languettes. Il n’y a pas de poinçonnage.

Dans DE 10 2020 102457, les tôles comportent des ouvertures afin de permette la déformation de ponts de matière s’étendant au-dessus des ouvertures, pour bloquer les aimants permanents. Il n’y a pas de poinçonnages au sens de l’invention.

Enfin, dans JP 2012 244677, on utilise un corps élastique rapporté placé dans une rainure des tôles.

Il existe un besoin pour améliorer les performances magnétiques et réduire les coûts de fabrication et de montage des machines électriques tournantes.

L’invention vise à répondre à ce besoin et a ainsi pour objet, selon l’un de ses aspects, un rotor de machine électrique tournante, comportant :
- au moins un aimant permanent présentant en section transversale, perpendiculaire à un axe de rotation du rotor, au moins un grand côté et au moins un petit côté,
- une masse rotorique comportant des tôles empilées les unes sur les autres, la masse rotorique comportant au moins un logement recevant l’aimant permanent, le logement étant délimité par au moins une grande face en regard d’un grand côté de l’aimant permanent,
au moins une tôle comportant au moins deux découpes ménageant entre elles au moins une patte se raccordant à ladite grande face du logement et s’étendant dans le logement, notamment en direction de l’entrefer,
la tôle comportant un ou des poinçonnages ménagés dans la ou les pattes et permettant de maintenir l’aimant permanent contre une face opposée du logement.

Par « poinçonnage », on entend une déformation de la tôle, qui est convexe vers l’intérieur du logement, notamment sur une grande face du logement. Il s’agit d’une déformation locale de la tôle orientée dans le logement. Le ou les poinçonnages peuvent permettre de maintenir l’aimant permanent contre la face opposée du logement.

Le poinçonnage au sens de l’invention n’est pas traversant, il est différent d’une ouverture dans la tôle. La quantité de matière déplacée est ainsi moins importante, ce qui permet de faciliter son déplacement. L’orientation du déplacement de matière est également plus précise.

Lorsque la face du logement comporte deux poinçonnages convexes vers l’intérieur du logement, les poinçonnages peuvent être positionnés sur la face du logement de manière à être en regard respectivement du premier et du deuxième tiers du grand côté de l’aimant.

Lorsque l’on se déplace parallèlement à l’aimant permanent au niveau d’un poinçonnage, on peut rencontrer un espace libre ménagé par la ou les découpes.

La ou les pattes au sens de l’invention ne sont pas déformables, elles ne se plient pas, et elles peuvent notamment ne pas se déformer en dehors du plan de la tôle lors de l’insertion des aimants permanents dans la masse rotorique. La ou les pattes peuvent être configurées pour ne pas être déformées en dehors du plan de la tôle lors de la rotation du rotor.

La ou les pattes peuvent ne pas être en contact avec l’aiment permanent correspondant avant la réalisation du poinçonnage. Avant la réalisation du poinçonnage, il peut y avoir un jeu entre la ou les pattes et l’aimant permanent.

Chaque patte peut comporter un poinçonnage, notamment un unique poinçonnage. Le poinçonnage peut être centré sur la patte, notamment centré entre les deux découpes ménageant la patte.

La ou les pattes peuvent être d’un seul tenant avec le reste de la tôle.

Les découpes permettent de faciliter et de délimiter la déformation de la tôle due au poinçonnage et d’orienter celle-ci, en favorisant une déformation radiale, en particulier la déformation de la tôle vers l’intérieur du logement correspondant. En outre, le fluage de matière du au poinçonnage en est facilité. On obtient ainsi un blocage des aimants permanents qui est amélioré.

On obtient grâce à l’invention un meilleur serrage de l’aimant permanent, pour une profondeur donnée de poinçonnage. L’invention peut également permettre de combler un jeu plus important entre la face du logement et l’aimant permanent.

L’effort de poinçonnage peut également être plus faible pour un serrage donné de l’aimant permanent, ce qui peut permettre de diminuer le nombre de poinçonnages à effectuer et ainsi la capacité de la presse de poinçonnage.

Lorsque le rotor est observé selon un axe de rotation X, la ou les pattes peuvent ne pas être superposées avec un aimant permanent, contrairement à une languette, notamment une languette déformable destinée à se déformer lors de l’insertion de l’aimant permanent.

Lorsque la masse rotorique comporte une ou plusieurs tôles dépourvues de découpe et de patte, la ou les pattes peuvent être superposées avec une telle tôle. Autrement dit, la patte peut ne pas dépasser d’une tôle dépourvue de patte et de découpe au sens de l’invention, contrairement à une languette, notamment une languette déformable destinée à se déformer lors de l’insertion de l’aimant permanent.

En variante, la patte peut dépasser d’une tôle dépourvue de patte, et être reçue dans une rainure ménagée dans l’aimant permanent correspondant.

La présence de la patte, des découpes et du poinçonnage permet de s’affranchir de l’utilisation de colle. Elle peut également être un complément au collage, pouvant permettre de positionner l’aimant avant son collage. Elle peut permettre de minimiser, d’une part, les micromouvements de l’aimant permanent dans le logement et donc les risques de fissuration de l’aimant permanent, et d’autre part, les vibrations de l’aimant permanent dans le logement et donc le bruit.

Pattes et découpes

La ou les pattes peuvent être de forme symétrique par rapport à un axe de symétrie, notamment un axe d’élongation de la patte. La symétrie de la patte permet une meilleure maitrise de la déformation de celle-ci lors du poinçonnage.

La découpe peut présenter toute forme, par exemple une forme arrondie ou non, une forme avec des angles, notamment une forme carrée, rectangulaire, triangulaire, ou correspondre à une entaille longitudinale.

La découpe peut notamment être symétrique par rapport à un axe de symétrie, notamment un axe d’élongation de la découpe.

Une découpe peut avoir une largeur dépendant de sa longueur. Un ratio de la largeur l d’une découpe sur sa longueur L peut être compris entre 1 et 2, mieux entre 1,1 et 1,9 voire entre 1,2 et 1,8, voire encore entre 1,3 et 1,7, étant par exemple de l’ordre de 1,5.

Le fond d’une découpe peut avoir une forme arrondie, par exemple en arc de cercle. Le rayon de courbure peut par exemple être de l’ordre de l’épaisseur e de la tôle correspondante. Le rayon de courbure peut être supérieur ou égale à 0,3 mm. Par exemple, dans le cas d’une tôle d’épaisseur 0,35 mm, le rayon de courbure peut être de 0,35 mm.

Dans un mode de réalisation, la ou les découpes peuvent avoir une forme générale en V, avec un fond arrondi. L’arrondi peut avoir un rayon de courbure compris entre 0,1 et 2 mm, mieux entre 0,2 et 1 mm, voire entre 0,3 et 0,4 mm, étant par exemple de 0,35 mm.

La ou les pattes peuvent comporter un aplat à leur extrémité libre. En variante, la ou les pattes peuvent avoir une forme arrondie à leur extrémité libre.

Une distance d entre le bord de la patte, notamment au niveau de l’aplat, et le bord du poinçonnage, peut être comprise entre 0,3 et 0,7 mm, mieux entre 0,4 et 0,6 mm, étant par exemple de l’ordre de 0,5 mm.

Une demi-largeur B d’une patte, correspondant à la distance entre le centre de la patte et le bord de la découpe, peut être supérieure à un rayon R du poinçonnage additionné de 1,5 fois l’épaisseur e de la tôle. On peut écrire : B ≥ R + 1,5 e.

La demi-largeur B d’une patte peut être comprise entre 0,8 et 2,5 mm, mieux entre 1,0 et 2,0 mm, étant par exemple de l’ordre de 1,5 mm. La largeur d’une patte peut être comprise entre 1,8 mm et 5 mm, mieux entre 2 mm et 4,05 mm, étant par exemple de l’ordre de 3 mm ou de 2,55 mm.

Un angle C entre la parallèle au bord de l’aplat de la patte passant par le centre du poinçonnage et la tangente au fond de la découpe passant par le centre du poinçonnage peut être supérieur ou égale à 0°. L’angle C peut être compris entre 0° et 90°, mieux entre 10° et 50°, voire entre 20° et 40°, étant par exemple de l’ordre de 30°.

La ou les pattes peuvent être positionnées au centre d’une face du logement correspondant, notamment au centre d’une grande face du logement correspondant.

Les logements latéraux peuvent comporter une seule patte. Les aimants permanents latéraux peuvent être maintenus avec un unique poinçonnage.

Le logement central d’une rangée de logement peut comporter une seule patte. L’aimant permanent du milieu de la rangée peut être maintenu avec un unique poinçonnage.

En variante, une face de logement peut comporter deux pattes, qui peuvent dans ce cas être situées à environ un tiers et deux tiers de la longueur de la face du logement.

En variante encore, une face d’un logement peut comporter trois pattes.

Dans un mode de réalisation, le logement central d’une rangée de logement peut comporter deux pattes. Les deux pattes peuvent être séparées par une découpe plus large que les découpes latérales. L’aimant permanent du milieu de la rangée est ainsi maintenu avec deux poinçonnages, ce qui permet d’améliorer son maintien et de s’adapter à la mise en position de l’aimant, tout en minimisant l’impact magnétique.

Par ailleurs, la tôle peut comporter un ou des poinçonnages ménagés dans un petit côté d’un logement, notamment un logement central et/ou un logement latéral. Ainsi l’aimant permanent correspondant peut être bloqué par deux poinçonnages, l’un étant positionné sur le grand côté de l’aimant et l’autre sur le petit côté de l’aimant. Par exemple, le poinçonnage d’au moins un des petits côtés de l’aimant central permet de manière répétable de plaquer systématiquement l’aimant du même côté et donc de réduire la variation de balourds générés par l’incertitude de positionnement des aimants.

Rainure

Au moins un aimant permanent peut comporter une rainure, notamment sur toute sa longueur, destinée à recevoir une ou des pattes de tôles de la masse rotorique. Dans cette configuration, les découpes sont ménagées de part et d’autre de la patte sur toute ou presque toute la longueur du logement, et la patte dépasse d’une grande face du logement. La rainure peut notamment être ménagée sur un grand côté de l’aimant permanent, notamment opposé à l’entrefer. La rainure de l’aimant permanent s’étend longitudinalement, parallèlement à un axe de rotation du rotor.

Cette configuration est avantageuse en ce que le poinçonnage ménagé dans la patte peut permettre de maintenir l’aimant permanent selon trois directions différentes, à savoir une première direction poussant l’aimant permanent vers l’entrefer, et en outre deux directions perpendiculaires à la première direction, avec une déformation possible de la patte sur trois côtés de celle-ci.

Il n’y a pas de déformation ou pliage de la patte lors de l’insertion de l’aimant permanent correspondant, et il peut rester un jeu entre la patte et l’aimant permanent dans la rainure de celui-ci avant le poinçonnage.

Lors du poinçonnage, on obtient une déformation de la matière de la patte autour du poinçonnage, qui peut permettre de combler le jeu existant entre la patte et l’aimant permanent, et d’immobiliser l’aimant.

Aimants permanents

La section transversale d’un aimant permanent est perpendiculaire à un axe de rotation du rotor.

L’aimant permanent peut présenter en section transversale un premier petit côté et un deuxième petit côté, opposé au premier. L’aimant permanent peut présenter en section transversale un premier grand côté et un deuxième grand côté, opposé au premier.

Les aimants permanents peuvent être en section transversale de forme générale rectangulaire. Ils peuvent notamment ne pas être en section transversale de forme générale trapézoïdale. Une telle forme peut être plus standard, donc moins coûteuse.

Le rotor peut comporter des aimants permanents enterrés. Les aimants permanents peuvent ne pas être disposés de manière circonférentielle. Ils peuvent ne pas être disposés en surface de la masse rotorique.

La masse rotorique peut comporter des aimants permanents disposés obliquement par rapport à l’entrefer. En variante, la masse rotorique peut comporter des aimants permanents disposés tangentiellement par rapport à l’entrefer.

Ils peuvent être disposés en une ou plusieurs rangées, notamment en U ou en V. Les aimants permanents peuvent être disposés en une, deux, ou trois rangées ou plus.

Dans un mode de réalisation, les logements d’un pôle peuvent être disposés en une première et une deuxième rangées de logements, la deuxième rangée pouvant être plus proche de l’entrefer que la première rangée. La première rangée de logements peut comporter trois logements disposés en U, avec un logement central et deux logements latéraux. Les logements de la deuxième rangée peuvent être disposés en V.

Chaque logement de la tôle peut comporter une ou deux pattes. Dans un mode de réalisation, chaque logement formant les branches latérales d’un U ou d’un V peut comporter une seule patte. Chaque logement formant le fond d’un U peut comporter une ou deux pattes.

Le rotor peut comporter des aimants permanents disposés pour former des pôles du rotor. Les découpes et/ou les poinçonnages d’un pôle du rotor peuvent être disposés de manière symétrique les uns par rapport aux autres.

Les aimants permanents peuvent être revêtus d’un matériau d’enrobage, lequel peut être avantageusement ductile. Un revêtement ductile peut permettre d’assurer un bon maintien de l’aimant et ne pas générer de pollution par copeaux, poussière, ou autres résidus, ce qui serait par exemple pénalisant dans une machine refroidie par liquide.

Languettes

Au moins une tôle peut comporter au moins une languette déformable.

La languette peut se raccorder à une grande face du logement, par exemple entre deux pattes.

Le logement étant délimité par au moins une grande face en regard d’un grand côté de l’aimant permanent, au moins une tôle peut comporter au moins une languette se raccordant à une grande face du logement et s’étendant dans le logement, notamment en direction de l’entrefer, la ou les languettes permettant de maintenir l’aimant permanent contre une face opposée du logement.

La languette permet de favoriser une bonne mise en position de l’aimant permanent.

Dans le cas où la tôle comporte une telle languette, il peut être avantageux que la tôle comporte deux pattes, une de chaque côté de la languette.

En variante ou additionnellement, la languette peut se raccorder à une petite face du logement et s’étendant dans le logement, notamment en direction de l’entrefer, la ou les languettes permettant de maintenir l’aimant permanent contre une face opposée du logement.

Ladite petite face est en regard d’un petit côté de l’aimant permanent.

La ou les languettes présentent un léger recouvrement avec l’aimant permanent correspondant, ce qui permet une légère déformation de la languette lors de l’insertion de l’aimant permanent dans son logement, et un coincement de celui-ci par compression. La ou les languettes sont déformables, et peuvent se déformer en dehors du plan de la tôle lors de l’insertion des aimants permanents dans la masse rotorique. La ou les languettes peuvent être configurées pour être déformées en dehors du plan de la tôle de manière à se plaquer contre le petit côté de l’aimant permanent.

La ou les languettes peuvent ne pas se plier complètement lors de l’insertion de l’aimant permanent correspondant. En revanche, les languettes peuvent se déformer hors du plan de la tôle de la masse rotorique lors de l’insertion de l’aimant permanent correspondant.

La ou les languettes peuvent être configurées pour pousser les aimants permanents en direction de l’entrefer. La ou les languettes peuvent être configurées pour pousser les aimants permanents vers le diamètre extérieur du rotor. Une telle poussée est avantageusement la même que celle provoquée par l’effet de la force centrifuge sur les aimants permanents. Les languettes peuvent ne pas être configurées pour pousser les aimants permanents en direction de l’axe de rotation du rotor. En particulier, les languettes peuvent ne pas être orientées vers l’intérieur du rotor, mais au contraire vers l’extérieur de celui-ci.

La languette peut permettre de bloquer mécaniquement l’aimant permanent dans le logement pendant son introduction dans le logement et/ou pendant le fonctionnement de la machine lorsque l’aimant permanent est en place dans le logement. La languette peut ainsi permettre de pré-positionner et/ou maintenir l’aimant permanent dans le logement, notamment pendant le fonctionnement de la machine.

L’aimant permanent présentant en section transversale un premier petit côté et un deuxième petit côté, opposé au premier, la languette peut être configurée pour se plaquer contre le premier petit côté de l’aimant permanent, au moins une tôle comportant au moins une butée en regard du deuxième petit côté de l’aimant permanent.

Tôles

Dans un mode de réalisation, toutes les tôles de la masse rotorique comportent des découpes et des pattes au sens de l’invention. Toutes les tôles de la masse rotorique peuvent être identiques entre elles.

En variante, le rotor peut comporter également des tôles dépourvues de découpes et de pattes. Les tôles pourvues de découpes et de pattes au sens de l’invention peuvent notamment être disposées à une ou aux deux extrémités axiales de la masse rotorique. Les tôles dépourvues de découpes et de pattes peuvent être disposées au milieu de la masse rotorique, entre deux ensembles de tôles pourvues de découpes et de pattes au sens de l’invention. Les tôles avec découpes et pattes peuvent être disposées à chaque extrémité des paquets de tôles du rotor. Cela permet d’assurer un bon maintien par poinçonnage des aimants dans chaque paquet de tôle du rotor.

Une masse rotorique peut notamment comporter 5 à 30% de tôles comportant des découpes et des pattes au sens de l’invention. La masse rotorique peut comporter par exemple au moins deux tôles comportant des découpes et des pattes, notamment trois, quatre ou cinq tôles comportant des découpes et des pattes.

Une même tôle de la masse rotorique peut comporter plusieurs découpes et pattes, chaque patte étant notamment ménagée dans ladite tôle et étant notamment d’un seul tenant avec le reste de ladite tôle. Ladite tôle peut comporter plusieurs logements et une ou deux pattes par logement. La masse rotorique peut alors comporter, d’une part, des tôles comportant plusieurs logements et une ou deux pattes par logement ou pour certains logements, et d’autres part, des tôles dépourvues de pattes et découpes.

Les tôles peuvent comporter un évidement qui s’étend depuis le logement latéral vers le logement central. L’évidement peut être configuré pour dépasser radialement du logement central. L’évidement peut avoir un bord qui s’étend au moins partiellement parallèlement à un bord du logement central.

Machine

L’invention a encore pour objet une machine électrique tournante, comportant un stator et un rotor tel que défini ci-dessus.

La machine peut être utilisée comme moteur ou comme générateur. La machine peut être à reluctance. Elle peut constituer un moteur synchrone ou en variante un générateur synchrone. En variante encore, elle constitue une machine asynchrone.

La vitesse maximale de rotation de la machine peut être élevée, étant par exemple supérieure à 10 000 tr/min, mieux supérieure à 12 000 tr/min, étant par exemple de l’ordre de 14 000 tr/min à 15 000 tr/min, voire même de 20 000 tr/min ou de 24 000 tr/min ou de 25 000 tr/min. La vitesse maximale de rotation de la machine peut être inférieure à 100 000 tr/min, voire à 60 000 tr/min, voire encore inférieure à 40 000 tr/min, mieux inférieure à 30 000 tr/min.

L’invention peut convenir tout particulièrement pour des machines de forte puissance.

La machine peut comporter un seul rotor intérieur ou, en variante, un rotor intérieur et un rotor extérieur, disposés radialement de part et d’autre du stator et accouplés en rotation.

La machine peut être insérée seule dans un carter ou insérée dans un carter de boite de vitesse. Dans ce cas, elle est insérée dans un carter qui loge également une boîte de vitesse.

La machine comporte un stator. Ce dernier comporte des dents définissant entre elles des encoches. Le stator peut comporter des conducteurs électriques, au moins une partie des conducteurs électriques, voire une majorité des conducteurs électriques, pouvant être en forme d'épingle en U ou en I.

Procédés de fabrication

L’invention a encore pour objet un procédé de fabrication d’un rotor de machine électrique tournante tel que défini ci-dessus. Le procédé peut comporter l’étape consistant à introduire longitudinalement, le long de l’axe de rotation du rotor, au moins un aimant permanent dans le logement.

L’invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un procédé de fabrication d’un rotor de machine électrique tournante, comportant les étapes suivantes :
(a) fournir une masse rotorique du rotor comportant des logements dans lesquels s’étendent une ou des pattes ménagées chacune entre deux découpes,
(b) insérer des aimants permanents dans les logements de la masse rotorique du rotor, les pattes ne subissant pas de déformation lors de cette insertion, et
(c) réaliser un ou plusieurs poinçonnages dans la ou les pattes de façon à maintenir l’aimant permanent contre une face opposée du logement.

L’aimant permanent peut être introduit étant magnétisé ou non magnétisé dans le logement, le long de l’axe de rotation du rotor.

Le poinçonnage peut être réalisé au moyen d’un poinçon, dont la forme peut être choisie dans la liste suivante, qui n’est pas limitative : cylindrique, à arrête vive ou sphérique, demi-cylindre dont la partie cylindrique est orientée côté logement. Une forme cylindrique permet avantageusement de ne pas avoir à orienter le poinçon. Une forme cylindrique sphérique peut permettre de déplacer moins de matière qu’une forme cylindrique à arrête vive, à enfoncement constant.

La profondeur de poinçonnage peut être comprise entre 0,5 et 3mm, mieux entre 0,75 et 2 mm, étant par exemple de l’ordre de 1 mm. La profondeur de poinçonnage peut par exemple dépendre de l’épaisseur de la tôle.

C’est le déplacement du matériau de la tôle par le poinçon, créant le poinçonnage, qui permet le maintien de l’aimant permanent. L’orientation du déplacement du matériau de la tôle peut être favorisé par les découpes situées de part et d’autre de la patte.

Les pattes sont présentes dans les logements avant l’insertion des aimants permanents dans ceux-ci. Les pattes ne sont pas formées après l’insertion des aimants permanents dans la masse rotorique.

Les aimants permanents peuvent être insérés longitudinalement, le long de l’axe de rotation du rotor, dans les logements correspondants.

Dans le cas où la masse rotorique comporte plusieurs paquets de tôles empilés les uns sur les autres, le procédé peut d’abord comporter l’étape consistant à introduire longitudinalement au moins un aimant permanent dans le logement de chaque paquet de tôles, puis l’étape consistant à empiler les paquets de tôles les uns sur les autres, avec les aimants permanents dans les logements.

L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel :

La est une vue schématique et partielle, en coupe transversale, d’un exemple de rotor de machine électrique tournante selon l’invention.

La en est une vue de détail.

La en est une vue de détail.

La en est une vue de détail en perspective.

La est une vue de deux tôles du rotor des figures 1 à 4.

La est une vue de deux tôles du rotor des figures 1 à 4, avec les aimants permanents.

La est une vue schématique et partielle, en coupe transversale, d’une variante de réalisation.

La est une vue schématique et partielle, en coupe transversale, d’une variante de réalisation.

La en est une vue de détail.

La est une vue d’une tôle du rotor des figures 8a et 8b, avec les aimants permanents.

La en est une vue de détail en perspective.

La est une vue schématique et partielle, en perspective, du rotor des figures 8a à 8d.

Description détaillée

On a illustré aux figures 1 à 6 un exemple de rotor 30 de machine électrique tournante selon l’invention, comportant une masse rotorique 33 comportant des tôles 6 empilées les unes sur les autres et dans lesquelles sont ménagés des logements 4. Des aimants permanents 1 sont insérés dans chacun des logements 4.

Les aimants 1 sont dans cet exemple de forme générale rectangulaire en section transversale, comme illustré à la . Chaque aimant 1 présente, en section transversale, d’une part, un premier grand côté 2a et un deuxième grand côté 2b, opposé au premier, et d’autre part, un premier petit côté 3a et un deuxième petit côté 3b, opposé au premier. Chaque logement 4 est délimité par deux faces 5a, 5b en regard respectivement du premier grand côté 2a et du deuxième grand côté 2b de l’aimant 1, ainsi que par deux faces 6a, 6b en regard respectivement du premier petit côté 3a et du deuxième petit côté 3b de l’aimant 1.

Conformément à l’invention, au moins une tôle 6 comporte des découpes 10, deux découpes 10 ménageant entre elles une patte 12 se raccordant à ladite grande face 5a du logement 4 et s’étendant dans le logement 4 en direction de l’entrefer, comme par exemple visible sur la .

La tôle 6 comporte en outre un poinçonnage 15 ménagés dans une patte 12 et permettant de maintenir l’aimant permanent 1 contre une face opposée 5b du logement 4. La ou les pattes 12 sont dans cet exemple de forme symétrique par rapport à un axe de symétrie, qui est un axe d’élongation de la patte 12.

Comme illustré à la , la découpe 10 a une forme générale en V, avec un angle d’ouverture α d’environ 20°, et avec un fond arrondi en arc de cercle. L’arrondi a un rayon de courbure de l’ordre de 0,30 mm ou de 0,35 mm.

En outre, la découpe est ici symétrique par rapport à un axe de symétrie, qui est un axe d’élongation de la découpe. Un ratio de la largeur l de la découpe 10 sur sa longueur L peut être compris entre 1 et 2, étant par exemple de l’ordre de 1,5.

La patte 12 comporte un aplat à son extrémité libre. Une distance d entre le bord de la patte 12 au niveau de l’aplat et le bord du poinçonnage 15 est par exemple de l’ordre de 0,5 mm.

Une demi-largeur B d’une patte 12, correspondant à la distance entre le centre de la patte 12 et le bord de la découpe 10, peut être supérieure à un rayon R du poinçonnage 15 additionné de 1,5 fois l’épaisseur e de la tôle 6. On peut écrire : B ≥ R + 1,5 e. La demi-largeur B d’une patte 12 est par exemple de l’ordre de 1,5 mm.

Un angle C entre la parallèle au bord de l’aplat de la patte 12, passant par le centre du poinçonnage 15, et la tangente au fond de la découpe 10 passant par le centre du poinçonnage 15 peut être de l’ordre de 30°.

Dans l’exemple illustré, le rotor comporte des aimants permanents 1 disposés pour former des pôles du rotor, les découpes 10 et les poinçonnages 15 d’un pôle du rotor étant disposées de manière symétrique les uns par rapport aux autres.

Plus précisément, le rotor comporte des aimants permanents 1 disposés en deux rangées, l’une en U et l’autre en V. Dans ce mode de réalisation, chaque logement formant les branches latérales d’un U ou d’un V comporte une seule patte 12, et chaque logement formant le fond d’un U comporte deux pattes 12.

Comme illustré à la , la patte 12 est positionnée au centre d’une face du logement 4 correspondant, en particulier au centre d’une grande face 5a du logement 4.

Les logements latéraux comportant une seule patte, les aimants permanents latéraux sont maintenus avec un unique poinçonnage 15. Le logement central d’une rangée de logement comportant deux pattes, l’aimant permanent du milieu de la rangée est ainsi maintenu avec deux poinçonnages 15. En outre, les deux pattes, qui peuvent dans ce cas être situées à environ un tiers et deux tiers de la longueur de la face du logement, sont séparées par une découpe 10 plus large que les découpes latérales.

En variante, comme illustré à la , le logement central d’une rangée de logement peut comporter une seule patte 12. L’aimant permanent du milieu de la rangée en U est ici maintenu avec un unique poinçonnage 15.

Dans une autre variante de réalisation illustrée aux figures 8a à 8e, les aimants permanents 1 comportent chacun une rainure 20, notamment sur toute leur longueur, ladite rainure 20 étant destinée à recevoir une patte des tôles 6 de la masse rotorique.

Dans cette configuration, les découpes 10 sont ménagées de part et d’autre de la patte 12 sur toute ou presque toute la longueur du logement, et la patte dépasse d’une grande face 5a du logement. La rainure 20 est notamment ménagée sur un grand côté 2a de l’aimant permanent, opposé à l’entrefer, comme visible sur la . La rainure 20 de l’aimant permanent s’étend longitudinalement, parallèlement à un axe de rotation du rotor, comme visible aux figures 8d et 8e.

Le poinçonnage 15 ménagé dans la patte 12 permet de maintenir l’aimant permanent selon trois directions différentes, à savoir une première direction poussant l’aimant permanent vers l’entrefer, et en outre deux directions perpendiculaires à la première direction, avec une déformation possible de la patte sur trois côtés de celle-ci, comme illustré à la .

Il n’y a pas de déformation ou pliage de la patte lors de l’insertion de l’aimant permanent correspondant, et il peut rester un jeu entre la patte et l’aimant permanent dans la rainure de celui-ci. Lors du poinçonnage, on obtient une déformation de la matière de la patte autour du poinçonnage, qui peut permettre de combler le jeu existant entre la patte et l’aimant permanent, et d’immobiliser l’aimant.

Par ailleurs, dans l’exemple décrit en référence aux figures 1 à 6, au moins une tôle 6 du rotor comporte des languettes 7 déformables.

Une languette 7 déformable se raccorde à une grande face 5a du logement central, entre les deux pattes 12 de celui-ci. 11. La languette 7 s’étend dans le logement 4 en direction de l’entrefer, la ou les languettes 7 permettant de maintenir l’aimant permanent 1 contre la face opposée 5b du logement 4. Dans le cas où la tôle comporte une telle languette, il peut être avantageux que la tôle comporte deux pattes 12, une de chaque côté de la languette.

En outre, une languette déformable 7 se raccorde à une petite face 6a du logement 4 et s’étend dans le logement 4 en direction de l’entrefer. Cette languette 7 permet de maintenir l’aimant permanent 1 contre la face opposée 6b du logement 4, en regard d’un petit côté de l’aimant permanent.

La tôle 6 comporte également une butée 9 en regard du deuxième petit côté 3b de l’aimant permanent 1.

Afin de permettre la déformation des languettes 7 déformables, le rotor comporte des tôles pourvues de languettes 7 déformables, ainsi que des tôles dépourvues de languettes 7 déformables, comme illustré aux figures 5 et 6. Les différentes tôles sont disposées en alternance, afin de permettre la déformation des languettes 7 déformables en dehors du plan de la tôle.

Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d’être décrits.

La masse rotorique 33 peut présenter d’autres agencements des logements 4 destinés à recevoir les aimants, au sein de la masse rotorique.

Les logements 4 et les aimants 1 peuvent présenter d’autres formes géométriques. Les logements peuvent s’étendre chacun selon un axe longitudinal qui peut être rectiligne ou courbe.

Dans les modes de réalisation illustrés, toutes les tôles de la masse rotorique comportent des découpes et des pattes au sens de l’invention. Toutes les tôles de la masse rotorique peuvent être identiques entre elles.

En variante, le rotor pourrait également comporter des tôles dépourvues de découpes et de pattes, celles-ci étant notamment disposées au milieu de la masse rotorique, entre deux ensembles de tôles pourvues de découpes et de pattes au sens de l’invention.

Claims (14)

1. Rotor (30) de machine électrique tournante, comportant :
   - au moins un aimant permanent (1) présentant en section transversale, perpendiculaire à un axe de rotation du rotor, au moins un grand côté (2a) et au moins un petit côté (3a),
   - une masse rotorique (33) comportant des tôles empilées les unes sur les autres, la masse rotorique (33) comportant au moins un logement (4) recevant l’aimant permanent (1), le logement (4) étant délimité par au moins une grande face (5a) en regard d’un grand côté (2a) de l’aimant permanent (1),
   au moins une tôle (6) comportant au moins deux découpes (10) ménageant entre elles au moins une patte (12) se raccordant à ladite grande face (5a) du logement (4) et s’étendant dans le logement (4), notamment en direction de l’entrefer,
   la tôle (6) comportant un ou des poinçonnages (15) ménagés dans la ou les pattes (12) et permettant de maintenir l’aimant permanent (1) contre une face opposée (6b) du logement (4).
2. Rotor selon la revendication précédente, la ou les pattes (12) étant de forme symétrique par rapport à un axe de symétrie, notamment un axe d’élongation de la patte.
3. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, la ou les découpes (10) ayant une forme générale en V, avec un fond arrondi.
4. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, la ou les pattes (12) comportant un aplat à leur extrémité libre.
5. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, la ou les pattes (12) étant positionnées au centre d’une face (5a) du logement correspondant, notamment au centre d’une grande face du logement correspondant.
6. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, au moins un aimant permanent comportant une rainure (20), notamment sur toute sa longueur, destinée à recevoir une ou des pattes (12) de tôles de la masse rotorique.
7. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, le rotor comportant des aimants permanents (1) étant disposés en une ou plusieurs rangées, notamment en U ou en V.
8. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, le rotor comportant des aimants permanents (1) disposés pour former des pôles du rotor, les découpes et/ou les poinçonnages d’un pôle du rotor étant disposées de manière symétrique les uns par rapport aux autres.
9. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, au moins une tôle (6) comportant au moins une languette (7) déformable.
10. Rotor selon la revendication précédente, l’aimant permanent (1) présentant en section transversale un premier petit côté (3a) et un deuxième petit côté (3b), opposé au premier, la languette (7) étant configurée pour se plaquer contre le premier petit côté (3a) de l’aimant permanent (1), au moins une tôle comportant au moins une butée (9) en regard du deuxième petit côté (3b) de l’aimant permanent (1).
11. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant également des tôles (6) dépourvues de découpes et de pattes.
12. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, le logement (4) étant délimité par au moins une grande face (5a) en regard d’un grand côté (2a) de l’aimant permanent (1), au moins une tôle (6) comportant au moins une languette (7) se raccordant à une grande face (5a) du logement (4) et s’étendant dans le logement (4), notamment en direction de l’entrefer, la ou les languettes (7) permettant de maintenir l’aimant permanent (1) contre une face opposée (5b) du logement (4).
13. Machine électrique tournante, comportant un stator et un rotor (30) tel que défini selon l’une quelconque des revendications précédentes.
14. Procédé de fabrication d’un rotor de machine électrique tournante, notamment selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant les étapes suivantes :
    (a) fournir une masse rotorique (33) du rotor comportant des logements (4) dans lesquels s’étendent une ou des pattes (12) ménagées chacune entre deux découpes (10),
    (b) insérer des aimants permanents (1) dans les logements de la masse rotorique du rotor, les pattes (12) ne subissant pas de déformation lors de cette insertion, et
    (c) réaliser un ou plusieurs poinçonnages (15) dans la ou les pattes (12) de façon à maintenir l’aimant permanent (1) contre une face opposée (5b) du logement (4).