WO2020043966A1 - Procede d'equilibrage d'un rotor de moteur electrique avec usinage du paquet de toles - Google Patents

Procede d'equilibrage d'un rotor de moteur electrique avec usinage du paquet de toles Download PDF

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/16—Centering rotors within the stator; Balancing rotors
    • H02K15/165—Balancing the rotor

Definitions

  • the present invention relates to a balancing method of an electric motor rotor, as well as an electric motor obtained with such a balancing method, and a hybrid or electric motor vehicle equipped with an electric traction motor comprising this motor. electric.
  • the rotors of electric motors generally comprise a stack of stacked sheets which are arranged transversely, forming a conductor of the lines of the magnetic flux, receiving in longitudinal notches, according to the technology of the motor, permanent magnets or coiled copper wires.
  • Electric motors in particular electric motors used for traction of a vehicle, capable of delivering a power of several tens of kilowatts and rotating at high speeds, for example 15 or 20,000 rpm, require balancing of the adjusting rotor sufficiently its center of gravity on the axis of rotation. In this way, rotating radial forces on the rotor are limited, causing annoyances such as noise or vibrations, as well as greater wear of the bearings.
  • a known type of balancing method presented in particular in document EP-A1 -3322073, uses a metal flange added on each side of the rotor, having a few millimeters of thickness, on which is produced near its outer contour, in precise angular positions, radial holes in order to remove material to center the center of gravity on each side of this rotor.
  • Another type of known balancing method presented in particular in document EP-A3-1 158650, performs milling on the outer contour of the sheet metal package of the rotor along a defined angular sector, with a milling cutter rotating along an axis perpendicular to the axis of this rotor, to remove material from one side in order to center the center of gravity.
  • the object of the present invention is in particular to avoid these drawbacks of the prior art.
  • An advantage of this balancing process is that without using any additional part such as rotor flanges, which limits the mass, inertia and cost of this rotor, by performing machining on the ends of this rotor directly on the sheets, in areas of lower magnetic flux density, a balancing is obtained which practically does not modify the performance of the electric motor.
  • the balancing method according to the invention may also include one or more of the following characteristics, which can be combined with one another.
  • the method defines on each end face a zone of lower density forming a crown centered on the main axis.
  • the crown of zone of lower density has an outer diameter passing radially below the notches.
  • the machining operations include axial holes which adjust to the outer contour of the crown of the lower density zone.
  • the end faces of the sheet pack include in the sheets recesses formed in the areas of lower density.
  • the hollows are in the circumferential direction aligned with the center of a notch in the rotor, or between two notches.
  • the recesses have protruding bosses of material forming parts predisposed for machining.
  • each recess has a radially outer part aligned with the outer contour of the crown forming the zone of lower density, comprising the boss of material which is turned towards the center of the rotor.
  • the invention also relates to an electric motor comprising a stator and a balanced rotor, remarkable in that the rotor has on its transverse end faces axial bores forming balancing machining operations carried out with a balancing process comprising any of the foregoing features.
  • the invention further relates to a hybrid or electric motor vehicle equipped with an electric traction motor, remarkable in that the rotor of this electric motor is balanced with a balancing method comprising any one of the preceding characteristics.
  • FIG. 1 shows the active part of a balanced electric motor with a balancing method according to the prior art
  • FIG. 2 shows the active part of a balanced electric motor with a balancing method according to the invention
  • FIG. 3 is a side view of the latter electric motor, having a rotor area of lower density of magnetic flux;
  • FIG. 4 is a side view of an electric motor according to a variant, comprising cutouts in the area of the rotor of lower density of magnetic flux.
  • Figure 1 shows the active part of an electric motor comprising a rotor 2 comprising a stack of stacked sheets 6, fixed on a shaft 4 having a main axis of rotation A.
  • the sheet pack 6 comprises six longitudinal notches 10 having a flat section arranged in the tangential direction, close to the outside diameter of the sheets, receiving permanent magnets forming so magnetic poles which generate a magnetic flux in this pack of sheets.
  • the rotor 2 receives on each side an end flange 8 forming a flat washer making it possible to achieve axial holes 16 on its thickness for balancing, in order to center on each side of this rotor its center of gravity on the main axis A .
  • the stator 12 comprises a pack of sheets arranged transversely, maintained in an external carcass not shown, comprising twelve notches oriented radially, receiving six windings of electric wires in order to form six electromagnetic poles.
  • the package of stator sheets 12 is axially aligned on the package of rotor sheets 6, so as to obtain an adjustment ensuring continuity of the induction flux lines between these two active parts of the electric motor.
  • the two flanges 8 with their thicknesses increase the length of the electric motor, without providing a functional aspect for the conduction of the magnetic flux.
  • FIG. 2 shows an electric motor comprising a rotor 2 having a similar package of sheets 6, not receiving a flange on its ends.
  • the electric motor has a reduced mass and inertia in rotation, as well as a reduced cost.
  • Axial balancing holes 16 are made directly on the end of the sheet pack 6, a small radial distance below the longitudinal notches 10.
  • FIG. 3 shows, for the balancing method according to the invention, a preliminary operation for calculating an area of lower density of the magnetic flux 20 in the sheet package 6.
  • a lower density area 20 is obtained for this type of electric motor forming a ring surrounding the shaft 4, which comes at a radial distance "d" below the longitudinal notches 10.
  • the highest density of magnetic flux is found concentrated in the circumferential direction between the notches 10, and in the radial direction on one side above these notches, and on the other side at the small distance "d" below these notches.
  • Axial balancing holes 16 are produced which adjust to the outer contour of the crown of the zone of lower density 20, to move them as far as possible from the axis A in order to obtain the best efficiency for balancing .
  • the zone of lower density of magnetic flux represents a dead zone for this flux, which practically does not change the performance of the electric motor.
  • FIG. 4 presents a variant of a packet of sheets 6 of a rotor 2, having on each transverse end face twelve identical recesses 30 distributed around the periphery, each recess being aligned on a notch 10 or between two notches.
  • the recesses 30 can be formed on all the sheets of the pack of sheets 6, which are then identical, or only on the first end sheets of this pack, the central sheets being full.
  • each recess 30 has an inner side close to the shaft 4, two lateral sides aligned along spokes, and an outer side aligned with the outer contour of the lower density area 20.
  • the outer side of each recess 30 comprises in the middle a boss of material 32 turned towards the center of the rotor, which represents a part predisposed to be easily machined in order to remove material allowing the balancing of the rotor 2.
  • the balancing method according to the invention applies to all types of electric motor comprising a rotor formed with a stack of sheets, which may be of the permanent magnet, wound rotor or squirrel cage type.

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Abstract

Procédé d'équilibrage d'un rotor (2) de moteur électrique centré sur un axe principal de rotation, comportant un paquet de tôles (6) empilées transversalement autour d'un arbre (4), présentant des encoches (10) recevant des aimants ou des bobinages de fils de cuivre, en formant un conducteur des lignes de flux magnétique autour de ces encoches, ce procédé comportant une opération préliminaire de calcul des zones de plus faible densité du flux magnétique (20) dans le paquet de tôles (6) du rotor (2), puis pour effectuer un équilibrage de ce rotor (2), il réalise des usinages (16) sur les faces transversales à chaque extrémité de ce paquet de tôles (6), dans les zones de plus faible densité (20).

Description

PROCEDE D’EQUILIBRAGE D’UN ROTOR DE MOTEUR ELECTRIQUE AVEC USINAGE DU PAQUET DE TOLES
La présente invention concerne un procédé d’équilibrage d’un rotor de moteur électrique, ainsi qu’un moteur électrique obtenu avec un tel procédé d’équilibrage, et un véhicule automobile hybride ou électrique équipé d’un moteur électrique de traction comprenant ce moteur électrique.
Les rotors des moteurs électriques comportent généralement un paquet de tôles empilées qui sont disposées transversalement, formant un conducteur des lignes du flux magnétique, recevant dans des encoches longitudinales, suivant la technologie du moteur, des aimants permanents ou des fils de cuivre bobinés.
Les moteurs électriques, en particulier les moteurs électriques utilisés pour la traction d’un véhicule, pouvant délivrer une puissance de plusieurs dizaines de kilowatts et tournant à des vitesses élevées, par exemple 15 ou 20 000 trs/mn, nécessitent un équilibrage du rotor ajustant suffisamment précisément son centre de gravité sur l’axe de rotation. De cette manière on limite des forces radiales tournantes sur le rotor entraînant des désagréments comme du bruit ou des vibrations, ainsi qu’une usure plus importante des paliers.
Un type de procédé d’équilibrage connu, présenté notamment par le document EP-A1 -3322073, utilise un flasque métallique ajouté de chaque côté du rotor, présentant quelques millimètres d’épaisseur, sur lequel on réalise près de son contour extérieur, dans des positions angulaires précises, des perçages radiaux afin de retirer de la matière pour recentrer le centre de gravité de chaque côté de ce rotor.
Ce type de procédé nécessitant l’ajout de deux flasques sur les côtés du rotor, pose différents problèmes comprenant notamment un encombrement axial du moteur électrique plus important, l’ajout d’une masse et d’une inertie sur ce moteur, et avec ces deux composants supplémentaires une augmentation des coûts de fabrication du moteur.
Un autre type de procédé d’équilibrage connu, présenté notamment par le document EP-A3-1 158650, réalise un fraisage sur le contour extérieur du paquet de tôles du rotor suivant un secteur angulaire défini, avec une fraise tournant suivant un axe perpendiculaire à l’axe de ce rotor, pour retirer de la matière d’un côté afin de recentrer le centre de gravité.
Toutefois ce procédé modifie la géométrie du contour extérieur du paquet de tôles dans une zone active pour la conduite des lignes de flux magnétique, ce qui dégrade les performances du moteur électrique.
La présente invention a notamment pour but d’éviter ces inconvénients de la technique antérieure.
Elle propose à cet effet un procédé d’équilibrage d’un rotor de moteur électrique centré sur un axe principal de rotation, comportant un paquet de tôles empilées transversalement autour d’un arbre, présentant des encoches recevant des aimants ou des bobinages de fils de cuivre, en formant un conducteur des lignes de flux magnétique autour de ces encoches, ce procédé étant remarquable en ce qu’il comporte une opération préliminaire de calcul des zones de plus faible densité du flux magnétique dans le paquet de tôles du rotor, et en ce que pour effectuer un équilibrage de ce rotor, il réalise des usinages sur les faces transversales à chaque extrémité de ce paquet de tôles, dans les zones de plus faible densité.
Un avantage de ce procédé d’équilibrage est que sans utiliser de pièce complémentaire comme des flasques de rotor, ce qui limite la masse, l’inertie et le coût de ce rotor, en réalisant des usinages sur les extrémités de ce rotor directement sur les tôles, dans les zones de plus faible densité de flux magnétique, on obtient un équilibrage qui ne modifie pratiquement pas les performances du moteur électrique.
Le procédé d’équilibrage selon l’invention peut comporter de plus une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, le procédé définit sur chaque face d’extrémité une zone de plus faible densité formant une couronne centrée sur l’axe principal.
Dans ce cas, avantageusement la couronne de zone de plus faible densité présente un diamètre extérieur passant radialement en dessous des encoches.
Avantageusement, les usinages comportent des perçages axiaux s’ajustant sur le contour extérieur de la couronne de la zone de plus faible densité.
Selon un mode de réalisation, les faces d’extrémité du paquet de tôles comportent dans les tôles des creux formés dans les zones de plus faible densité.
Dans ce cas, avantageusement les creux sont dans la direction circonférentielle alignés sur le centre d’une encoche du rotor, ou entre deux encoches.
Avantageusement, les creux présentent des bossages saillants de matière formant des parties prédisposées pour les usinages.
Dans ce cas, avantageusement chaque creux comporte une partie radialement extérieure alignée sur le contour extérieur de la couronne formant la zone de plus faible densité, comprenant le bossage de matière qui est tourné vers le centre du rotor.
L’invention a aussi pour objet un moteur électrique comportant un stator et un rotor équilibré, remarquable en ce que le rotor comporte sur ses faces transversales d’extrémité des perçages axiaux formant des usinages d’équilibrage réalisés avec un procédé d’équilibrage comprenant l’une quelconque des caractéristiques précédentes.
L’invention a de plus pour objet un véhicule automobile hybride ou électrique équipé d’un moteur électrique de traction, remarquable en ce que le rotor de ce moteur électrique est équilibré avec un procédé d’équilibrage comprenant l’une quelconque des caractéristiques précédentes. L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d’exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 présente la partie active d’un moteur électrique équilibré avec un procédé d’équilibrage suivant l’art antérieur ;
- la figure 2 présente la partie active d’un moteur électrique équilibré avec un procédé d’équilibrage suivant l’invention ;
- la figure 3 est une vue de côté de ce dernier moteur électrique, présentant une zone du rotor de plus faible densité de flux magnétique ; et
- la figure 4 est une vue de côté d’un moteur électrique suivant une variante, comprenant des découpes dans la zone du rotor de plus faible densité de flux magnétique.
La figure 1 présente la partie active d’un moteur électrique comprenant un rotor 2 comportant un paquet de tôles empilées 6, fixé sur un arbre 4 disposant d’un axe principal de rotation A.
Le paquet de tôles 6 comporte six encoches longitudinales 10 présentant une section plate disposée suivant la direction tangentielle, près du diamètre extérieur des tôles, recevant des aimants permanents formant si pôles magnétiques qui génèrent un flux magnétique dans ce paquet de tôles.
Le rotor 2 reçoit de chaque côté un flasque d’extrémité 8 formant une rondelle plate permettant de réaliser sur son épaisseur des perçages axiaux 16 d’équilibrage, afin de recentrer de chaque côté de ce rotor son centre de gravité sur l’axe principal A.
Le stator 12 comporte un paquet de tôles disposées transversalement, maintenu dans une carcasse extérieure non représentée, comprenant douze encoches orientées radialement, recevant six bobinages de fils électriques afin de former six pôles électromagnétiques.
Le paquet de tôles du stator 12 est axialement aligné sur le paquet de tôles du rotor 6, de manière à obtenir un ajustement assurant une continuité des lignes de flux d’induction entre ces deux parties actives du moteur électrique. Les deux flasques 8 avec leurs épaisseurs augmentent la longueur du moteur électrique, sans apporter d’aspect fonctionnel pour la conduction du flux magnétique.
La figure 2 présente un moteur électrique comprenant un rotor 2 disposant d’un paquet de tôles 6 similaire, ne recevant pas de flasque sur ses extrémités. Le moteur électrique présente une masse et une inertie en rotation réduite, ainsi qu’un coût diminué.
Des perçages axiaux d’équilibrage 16 sont réalisés directement sur l’extrémité du paquet de tôles 6, à une petite distance radiale en dessous des encoches longitudinales 10.
La figure 3 présente pour le procédé d’équilibrage selon l’invention, une opération préliminaire de calcul d’une zone de plus faible densité du flux magnétique 20 dans le paquet de tôles 6.
On obtient pour ce type de moteur électrique une zone de plus faible densité 20 formant une couronne entourant l’arbre 4, qui vient à une distance radiale « d » en dessous des encoches longitudinales 10. En effet la plus forte densité de flux magnétique se trouve concentrée dans la direction circonférentielle entre les encoches 10, et dans la direction radiale d’un côté au-dessus de ces encoches, et de l’autre côté à la petite distance « d » en dessous de ces encoches.
On réalise des perçages axiaux d’équilibrage 16 s’ajustant sur le contour extérieur de la couronne de la zone de plus faible densité 20, pour les éloigner le plus possible de l’axe A afin d’obtenir la meilleur efficacité pour l’équilibrage. La zone de plus faible densité 20 de flux magnétique représente une zone morte pour ce flux, ce qui ne change pratiquement pas les performances du moteur électrique.
La figure 4 présente en variante un paquet de tôles 6 d’un rotor 2, présentant sur chaque face transversale d’extrémité douze creux 30 identiques répartis sur le pourtour, chaque creux étant aligné sur une encoche 10 ou entre deux encoches. Les creux 30 peuvent être formés sur toutes les tôles du paquet de tôles 6, qui sont alors identiques, ou seulement sur les premières tôles d’extrémité de ce paquet, les tôles centrales étant pleines.
Le contour de chaque creux 30 comporte un côté intérieur proche de l’arbre 4, deux côtés latéraux alignés suivant des rayons, et un côté extérieur aligné sur le contour extérieur de la zone de plus faible densité 20. Le côté extérieur de chaque creux 30 comporte au milieu un bossage de matière 32 tourné vers le centre du rotor, qui représente une partie prédisposée pour être facilement usinée afin de réaliser un enlèvement de matière permettant l’équilibrage du rotor 2.
De cette manière les creux 32 formés dans la zone de plus faible densité 20 ne changent pratiquement pas les performances du moteur électrique, tout en facilitant les usinages d’équilibrage du rotor 2.
Le procédé d’équilibrage selon l’invention s’applique à tous types de moteur électrique comprenant un rotor formé avec un empilage de tôles, qui peut être du type à aimants permanents, à rotor bobiné ou à cage d’écureuil.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Procédé d’équilibrage d’un rotor (2) de moteur électrique centré sur un axe principal de rotation (A), comportant un paquet de tôles (6) empilées transversalement autour d’un arbre (4), présentant des encoches (10) recevant des aimants ou des bobinages de fils de cuivre, en formant un conducteur des lignes de flux magnétique autour de ces encoches, caractérisé en ce qu’il comporte une opération préliminaire de calcul des zones de plus faible densité du flux magnétique (20) dans le paquet de tôles (6) du rotor (2), et en ce que pour effectuer un équilibrage de ce rotor (2), il réalise des usinages (16) sur les faces transversales à chaque extrémité de ce paquet de tôles (6), dans les zones de plus faible densité (20).
2 - Procédé d’équilibrage selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu’il définit sur chaque face d’extrémité une zone de plus faible densité (20) formant une couronne centrée sur l’axe principal (A).
3 - Procédé d’équilibrage selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couronne de zone de plus faible densité (20) présente un diamètre extérieur passant radialement en dessous des encoches (10).
4 - Procédé d’équilibrage selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les usinages (16) comportent des perçages axiaux s’ajustant sur le contour extérieur de la couronne de la zone de plus faible densité (20).
5 - Procédé d’équilibrage selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les faces d’extrémité du paquet de tôles (6) comportent dans les tôles des creux (30) formés dans les zones de plus faible densité (20).
6 - Procédé d’équilibrage selon la revendication 5, caractérisé en ce que les creux (30) sont dans la direction circonférentielle alignés sur le centre d’une encoche (10) du rotor (2), ou entre deux encoches (10).
7 - Procédé d’équilibrage selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que les creux (30) présentent des bossages saillants de matière (32) formant des parties prédisposées pour les usinages (16). 8 - Procédé d’équilibrage selon la revendication 2 ou 3, et 7, caractérisé en ce que chaque creux (30) comporte une partie radialement extérieure alignée sur le contour extérieur de la couronne formant la zone de plus faible densité (20), comprenant le bossage de matière (32) qui est tourné vers le centre du rotor (2).
9 - Moteur électrique comportant un stator (12) et un rotor équilibré (2), caractérisé en ce que le rotor (2) comporte sur ses faces transversales d’extrémité des perçages axiaux formant des usinages d’équilibrage (16) réalisés avec un procédé d’équilibrage selon l’une quelconque des revendications précédentes.
10 - Véhicule automobile hybride ou électrique équipé d’un moteur électrique de traction, caractérisé en ce que le rotor de ce moteur électrique est équilibré avec un procédé d’équilibrage selon l’une quelconque des revendications 1 à 7.
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