FR3036006B1 - Rotor de machine electrique tournante muni d'au moins un element de plaquage d'un aimant a l'interieur d'une cavite correspondante - Google Patents

Abstract

L'invention porte principalement sur un rotor (10) de machine électrique tournante, notamment d'un turbo-chargeur électrique, comportant: - un corps de rotor (11) définissant une pluralité de cavités (21), - un ensemble d'aimants permanents (22) logés dans lesdites cavités (21), caractérisé en ce que: - au moins un élément de plaquage (51) est intercalé entre ledit corps de rotor (11) et un aimant permanent (22) correspondant, pour assurer un maintien d'un aimant permanent (22) et est agencé de sorte que ledit élément de plaquage (51) se trouve dans le passage du flux magnétique généré par ledit aimant permanent (22) correspondant.

Description

ROTOR DE MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE MUNI D'AU MOINS UN ELEMENT DE PLAQUAGE D'UN AIMANTA L'INTERIEUR D'UNE CAVITE CORRESPONDANTE L’invention porte sur un rotor de machine électrique tournante muni d'au moins un élément de plaquage d'un aimant à l'intérieur d'une cavité correspondante.

De façon connue en soi, les machines électriques tournantes comportent un stator et un rotor solidaire d'un arbre. Le rotor peut être solidaire d'un arbre menant et/ou mené et peut appartenir à une machine électrique tournante sous la forme d'un alternateur, d'un moteur électrique, ou d'une machine réversible pouvant fonctionner dans les deux modes.

Le stator est monté dans un carter configuré pour porter à rotation l'arbre par exemple par l'intermédiaire de roulements. Le stator comporte un corps constitué par un empilage de tôles minces formant une couronne, dont la face intérieure est pourvue d'encoches ouvertes vers l'intérieur pour recevoir des enroulements de phase. Dans un bobinage de type ondulé réparti, les enroulements sont obtenus par exemple à partir d'un fil continu recouvert d'émail ou à partir d'éléments conducteurs en forme d'épingles reliées entre elles par soudage. Alternativement, dans un bobinage de type "concentrique", les enroulements de phase sont constitués par des bobines fermées sur elles-mêmes qui sont enroulées autour des dents du stator. La protection entre le paquet de tôles et le fil de bobinage est assurée soit par un isolant de type papier, soit par du plastique par surmoulage ou au moyen d'une pièce rapportée. Ces enroulements sont des enroulements polyphasés connectés en étoile ou en triangle dont les sorties sont reliées à une électronique de commande.

Par ailleurs, le rotor comporte un corps formé par un empilage de feuilles de tôles maintenues sous forme de paquet au moyen d'un système de fixation adapté, tel que des rivets traversant axialement le rotor de part en part, ou grâce à des agrafes ou des boutons, ou encore par soudure laser ou par collage des feuilles entre elles. Le rotor comporte des pôles formés par des aimants permanents logés dans des cavités ménagées dans le corps de rotor.

On connaît des machines électriques tournantes accouplées à un arbre d’un turbocompresseur électrique. Ce turbocompresseur électrique permet de compenser au moins en partie la perte de puissance des moteurs thermiques de cylindrée réduite utilisés sur de nombreux véhicules automobiles pour en diminuer la consommation et les émissions de particules polluantes (principe dit de "downsizing" an anglais). A cet effet, le turbocompresseur électrique, disposé sur le conduit d’admission en amont ou en aval du moteur thermique, comprend une turbine pour permettre de comprimer l'air afin d'optimiser le remplissage des cylindres du moteur thermique. La machine électrique est activée pour entraîner la turbine afin de minimiser le temps de réponse en couple, notamment lors des phases transitoires à l’accélération, ou en phase de redémarrage automatique du moteur thermique après une mise en veille (fonctionnement "stop and start" en anglais).

Compte tenu de la vitesse de rotation élevée du rotor (de l'ordre 70000 tours/min dans certaines situations de vie) qui génère des efforts centrifuges très importants sur les aimants, il est difficile de maintenir en position les aimants permanents à l'intérieur des cavités du corps de rotor.

La présente invention vise donc à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un rotor à aimants permanents, notamment pour machine électrique tournante, par exemple pour un turbo-chargeur électrique, comportant : - un corps de rotor définissant une pluralité de cavités, - un ensemble d’aimants permanents à aimantation radiale logés dans lesdites cavités, caractérisé en ce que au moins un élément de plaquage est intercalé entre ledit corps de rotor et un aimant permanent correspondant, pour le plaquage dudit aimant permanent contre une face interne d'une cavité correspondante. L'invention permet ainsi, du fait de la mise en position de l'élément de plaquage à l'intérieur de la cavité, de maintenir efficacement en position les aimants à l'intérieur des cavités en cas de vitesse de rotation élevée du rotor et pendant les phases d’accélération et de décélération. L’élément de plaquage peut être agencé de sorte qu’il se trouve dans le passage du flux magnétique généré par l’aimant permanent correspondant.

Selon une réalisation, ledit élément de plaquage est constitué par une lame ressort de forme incurvée.

Selon une réalisation, ladite lame ressort a une surface au moins égale à 40%, notamment au moins égale à 60%, par exemple au moins égale à 80% d'une surface dudit aimant permanent correspondant contre lequel ladite lame vient en vis-à-vis.

Selon une réalisation, les bords de ladite lame ressort coïncident sensiblement avec les bords dudit aimant correspondant. Cela permet de limiter au maximum la lame d'air qui perturbe la propagation du flux magnétique.

Selon une réalisation, ladite lame ressort comprend des pattes de maintien axial d'un aimant permanent correspondant. Une telle configuration du ressort permet ainsi de supprimer les flasques de maintien axial des aimants à l'intérieur des cavités, notamment lorsque l’équilibrage du rotor est réalisé par un moyen autre que le flasque.

Selon une réalisation, ladite lame ressort comporte des pattes de maintien latéral d’un aimant correspondant. Cela permet de garantir un centrage de l'aimant dans la cavité par rapport aux espaces situés au niveau des extrémités orthoradiales des aimants.

Selon une réalisation, un creux de ladite lame ressort est dirigé du côté d'un arbre dudit rotor.

En variante, un creux de la lame ressort est dirigé du côté d’une face de l’aimant.

Selon une réalisation, la machine comporte un entrefer total, mesuré le long d’un rayon de la machine coupant un aimant permanent, l’entrefer total comportant un premier entrefer entre un stator et le rotor de la machine et un deuxième entrefer entre une paroi de la cavité et une face de l’aimant permanent correspondant.

Selon une réalisation, l’entrefer total est compris entre 0,1 et 0,6 mm, par exemple sensiblement égal à 0,3 mm.

Selon une réalisation, l’aimant permanent présente une épaisseur moyenne d’environ 2 à 5 mm, par exemple sensiblement égal à 3 mm.

Selon une réalisation, un ratio entre la plus petite épaisseur d’un aimant et la largeur maximale de l’entrefer total est compris entre 3 et 50, notamment entre 10 et 15.

Selon une réalisation, lesdits aimants permanents sont à aimantation radiale.

Selon une réalisation, ledit rotor comporte au moins une butée de maintien orthoradial de chaque aimant permanent dudit ensemble d'aimants permanents.

Selon une réalisation, ledit élément de plaquage est réalisé au moins partiellement en matériau magnétique tel que le fer, ou une nuance d’aciers.

Selon une réalisation, ledit élément de plaquage est distinct du corps de rotor.

Selon une réalisation, ledit élément de plaquage exerce une force sur au moins 10% d'une hauteur d’un aimant permanent correspondant.

Selon une réalisation, ledit élément de placage est constitué par un ressort ayant une forme en V.

Selon une réalisation, ledit élément de plaquage est constitué par un ressort comportant une portion arrondie centrale, et deux portions arrondies d'extrémité situées de part et d'autre de ladite portion centrale, ladite portion centrale et lesdites portions d'extrémité présentant des courbures inversées.

Selon une réalisation, ledit élément de plaquage exerce un effort dans une zone d’appui couvrant la totalité d'une hauteur d’un aimant permanent correspondant.

Selon une réalisation, ledit élément de plaquage présente une zone d’appui sur une partie d'une hauteur d’un aimant permanent correspondant.

Selon une réalisation, une pluralité d’éléments de plaquage exerçant chacun une zone d’appui sur une partie d'une hauteur d'un aimant permanent correspondant.

Selon une réalisation, des espaces positionnés au niveau de faces extrémités orthoradiales de chaque aimant permanent sont remplis d'un matériau de remplissage tel que de la colle et/ou de la résine.

Selon une réalisation, les cavités peuvent déboucher de part et d’autre des extrémités axiales du corps de rotor.

En variante, les cavités peuvent comporter un fond pour le maintien axial de l’aimant, sur une extrémité axiale du corps de rotor.

Selon une réalisation, le corps de rotor peut comporter un ensemble de tôles formant un paquet de tôles.

En variante, le corps de rotor peut être formé d’une pièce monobloc.

Selon une réalisation, ledit corps de rotor présente une périphérie externe délimitée par une face cylindrique de diamètre externe compris entre 20 mm et 50 mm, notamment compris entre 24 mm et 34 mm, et de préférence de l’ordre de 28 mm. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un rotor de machine électrique tournante, caractérisé en ce que ledit procédé comporte: - une étape de réalisation d'un corps de rotor définissant une pluralité de cavités, - une étape d'insertion, notamment simultanée, d'un aimant permanent et d'un élément de plaquage comprimé à l'intérieur de chaque cavité, et - une étape de relâchement de l'élément de plaquage de telle façon que ledit élément de plaquage assure un plaquage dudit aimant permanent contre une face interne du corps délimitant la cavité correspondante.

En outre l'invention concerne une machine électrique tournante comportant un stator bobiné et un rotor tel que précédemment défini.

Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante comporte un rotor à quatre aimants permanents.

Selon une réalisation, ladite machine présente un temps de réponse compris entre 100 ms et 600 ms, notamment compris entre 200 ms et 400 ms, par exemple étant de l’ordre de 250 ms pour passer de 5000 à 70000 tours/min. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.

La figure 1 est une vue en coupe d'un turbocompresseur comportant une machine électrique tournante selon la présente invention;

La figure 2 montre une vue en perspective du rotor de la machine électrique tournante selon la présente invention;

La figure 3 est une vue en coupe transversale du rotor de la machine électrique tournante selon la présente invention;

La figure 4 est une vue en perspective d'un aimant permanent destiné à être inséré à l'intérieur d'une cavité du rotor selon la présente invention;

La figure 5 montre une vue en coupe partielle illustrant une variante de réalisation du rotor de la machine électrique selon la présente invention.

La figure 6a est une vue en perspective du rotor selon la présente invention illustrant l'utilisation d'un premier mode de réalisation d'un élément de plaquage des aimants constitué par une lame ressort;

La figure 6b est une vue en perspective d'un ensemble formé par un aimant et une lame ressort correspondant positionné à l'intérieur d'une cavité du rotor de la figure 6a;

La figure 7a est une vue en perspective du rotor selon la présente invention illustrant l'utilisation d'un deuxième mode de réalisation d'un élément de plaquage des aimants constitué par une goupille élastique;

Les figures 7b et 7c montrent respectivement des vues en perspective du corps du rotor et d'une goupille utilisés pour la réalisation du rotor de la figure 7a;

La figure 8a est une vue en perspective du rotor selon la présente invention illustrant l'utilisation d'un troisième mode de réalisation d'un élément de plaquage des aimants constitué par un ressort à spirales;

La figure 8b est une vue de dessus d'une cavité du rotor illustrant l'utilisation d'un ressort en spirales utilisé en combinaison avec une butée de maintien orthoradiale de l'aimant;

Les figures 8c et 8d sont des vues de dessus d'une cavité du rotor illustrant l'utilisation de ressort à spirales comportant des spires incomplètes;

La figure 9a est une vue en perspective du rotor selon la présente invention illustrant l'utilisation d'un quatrième mode de réalisation d'un élément de plaquage des aimants constitué par un ressort incurvé;

La figure 9b est une vue en perspective d'un ressort incurvé utilisé pour la réalisation du rotor de la figure 9a;

La figure 10a est une vue en perspective du rotor selon la présente invention illustrant l'utilisation d'un cinquième mode de réalisation d'un élément de plaquage des aimants constitué par un ressort en forme de V;

La figure 10b est une vue en perspective d'un ressort en forme de V utilisé pour la réalisation du rotor de la figure 10a;

La figure 11 est une vue partielle de dessus de la machine électrique tournante illustrant les différents entrefers en présence.

Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d’une figure à l’autre.

La figure 1 montre un turbocompresseur 1, dit turbo-chargeur électrique, comportant une turbine 2 munie d'ailettes 3 apte à aspirer, via une entrée 4, de l'air non-comprimé issu d'une source d'air (non représentée) et à refouler de l'air comprimé via la sortie 5 après passage dans une volute référencée 6. La sortie 5 pourra être reliée à un répartiteur d’admission (non représenté) situé en amont ou en aval du moteur thermique afin d'optimiser le remplissage des cylindres du moteur thermique. En l'occurrence, l'aspiration de l'air est réalisée suivant une direction axiale, c’est-à-dire suivant l'axe de la turbine 2, et le refoulement est réalisé suivant une direction radiale perpendiculaire à l'axe de la turbine 2. En variante, l'aspiration est radiale tandis que le refoulement est axial. Alternativement, l'aspiration et le refoulement sont réalisés suivant une même direction par rapport à l'axe de la turbine (axiale ou radiale). A cet effet, la turbine 2 est entraînée par une machine électrique 7 montée à l'intérieur du carter 8. Cette machine électrique 7 comporte un stator 9, qui pourra être polyphasé, entourant un rotor 10 avec présence d'un entrefer. Ce stator 9 est monté dans le carter 8 configuré pour porter à rotation un arbre 19 par l'intermédiaire de roulements 20. L'arbre 19 est lié en rotation avec la turbine 2 ainsi qu'avec le rotor 10. Le stator 9 est de préférence monté dans le carter 8 par frettage.

Afin de minimiser l'inertie de la turbine 2 lors d'une demande d'accélération de la part du conducteur, la machine électrique 7 présente un temps de réponse court compris entre 100 ms et 600 ms, notamment compris entre 200 ms et 400 ms, par exemple étant de l’ordre de 250 ms pour passer de 5000 à 70000 tours/min. De préférence, la tension d’utilisation est de 12 V et un courant en régime permanent est de l’ordre de 150 A. De préférence, la machine électrique 7 est apte à fournir un pic de courant, c’est-à-dire un courant délivré sur une durée continue inférieure à 3 secondes, compris entre 150 A et 300 A, notamment entre 180 A et 220 A. En variante, la machine électrique 7 est apte à fonctionner en mode alternateur, ou est une machine électrique de type réversible.

Plus précisément, le stator 9 comporte un corps 91 constitué par un empilage de tôles minces formant une couronne, dont la face intérieure est pourvue d'encoches ouvertes vers l'intérieur pour recevoir des enroulements de phase d'un bobinage 92. Dans un bobinage de type ondulé réparti, les enroulements sont obtenus par exemple à partir d'un fil continu recouvert d'émail ou à partir d'éléments conducteurs en forme d'épingles en forme de U dont les extrémités libres sont reliées entre elles par soudage. Alternativement, dans un bobinage de type "concentrique", les enroulements de phase sont constitués par des bobines fermées sur elles-mêmes qui sont enroulées autour des dents du stator 9. La protection entre le paquet de tôles et le fil de bobinage est assurée soit par un isolant de type papier, soit par du plastique par surmoulage ou au moyen d'une pièce rapportée. Ces enroulements sont des enroulements polyphasés connectés en étoile ou en triangle dont les sorties sont reliées à une électronique de commande.

Par ailleurs, le rotor 10 d'axe de rotation X montré en détails sur la figure 2 est à aimants permanents. Le rotor 10 comporte un corps de rotor 11 formé ici par un empilement de tôles s'étendant dans un plan radial perpendiculaire à l'axe X afin de diminuer les courants de Foucault. Ce corps de rotor 11 est réalisé en matière ferromagnétique. Les tôles sont maintenues par des moyens de fixation 14, par exemple des rivets, traversant axialement de part en part l'empilement des tôles, ou avec des agrafes ou encore au moyen de boutons, ou encore par soudure ou collage des tôles pour formation d’un ensemble manipulable et transportable. A cet effet, une pluralité de trous de fixation 13 sont réalisés dans le corps de rotor 11 pour autoriser chacun le passage d'un moyen de fixation 14 des tôles du corps de rotor 11. En l'occurrence, les trous de fixation 13 sont de préférence traversants, c’est-à-dire qu'ils débouchent axialement sur chacune des extrémités axiales 17, 18 du corps de rotor 11, en sorte qu'il est possible de faire passer à l'intérieur de chaque trou 13 une tige 14 munie d'une tête 141 à une de ses extrémités et dont l'autre extrémité sera déformée par exemple par un procédé de bouterollage afin d'assurer le maintien axial du paquet de tôles. En variante, la tige 14 est dépourvue de tête 141 et les deux extrémités sont alors déformées par un procédé de bouterollage ou par frappe. En variante, les trous 13 pourront présenter une section de forme carrée, rectangulaire, ou toute autre forme adaptée au passage des moyens de fixation 14.

Le corps de rotor 11 peut être lié en rotation à l’arbre 19 de différentes manières, par exemple par emmanchement en force de l’arbre 19 cannelé à l’intérieur de l’ouverture centrale 12 du rotor 10, ou à l’aide d’un dispositif à clavette.

Le corps de rotor 11 présente une périphérie interne 15 délimitant l'ouverture cylindrique centrale 12 ayant un diamètre interne D1 par exemple de l'ordre de 10mm, et une périphérie externe 16 délimitée par une face cylindrique de diamètre externe D2 compris entre 20 mm et 50 mm, notamment compris entre 24 mm et 34 mm, et de préférence de l’ordre de 28 mm. Le corps de rotor 11 présente également deux faces d'extrémité axiale 17, 18 de forme annulaire s'étendant entre la périphérie interne 15 et la périphérie externe 16.

Par ailleurs, un diamètre externe du stator 9 est compris entre 35 mm et 80 mm, notamment entre 45 mm et 55 mm, par exemple entre 48 mm et 52 mm.

Le rotor 10 comporte une pluralité de cavités 21 dans chacune desquelles est logé un aimant permanent 22. Chaque cavité 21 traverse axialement le corps de rotor 11 de part en part, c’est-à-dire d'une face d'extrémité axiale 17, 18 à l'autre. En variante, les cavités 21 peuvent comporter un fond pour le maintien axial de l’aimant, sur une extrémité axiale du corps de rotor.

Deux cavités 21 voisines sont séparées par un bras 25 issu d'une âme 26 du rotor 10, en sorte qu'il existe une alternance de cavités 21 et de bras 25 lorsque l'on suit une circonférence du rotor 10. Le corps de rotor 11 comporte également des parois polaires 31 situées chacune entre deux bras 25 adjacents. Chaque paroi polaire 31 s'étend entre une face interne 36 en contact avec un aimant permanent 22 et la périphérie externe du rotor 10. En outre, chaque bras 25 est raccordé à une paroi polaire 31 correspondante par l’intermédiaire d’un pont 32.

Ainsi, comme on peut le voir sur la figure 3, les cavités 21 sont délimitées chacune par deux faces 35 de deux bras 25 adjacents tournées l'une vers l'autre, une face interne 36 plate d'une paroi polaire 31 s'étendant suivant une direction orthoradiale, une face 37 plate ménagée dans l'âme 26 parallèle à la face 36, et les faces internes 38 de deux ponts 32. Les jonctions entre les faces 35 et 38 pourront être arrondies afin de faciliter la fabrication des pièces.

Dans le cas présent, comme cela est bien visible sur la figure 4, les aimants permanents 22 ont une forme de parallélépipède rectangle dont les angles sont légèrement biseautés. Les aimants 22 présentent ainsi une section transversale rectangulaire sensiblement constante. Les aimants 22 sont à aimantation radiale, c’est-à-dire que les deux faces 41, 42 parallèles l'une par rapport à l'autre ayant une orientation orthoradiale sont magnétisées de manière à pouvoir générer un flux magnétique suivant une orientation radiale M par rapport à l'axe X. Parmi ces faces 41, 42 parallèles, on distingue la face interne 41 située du côté de l'axe X du rotor 10 et la face externe 42 située du côté de la périphérie externe 16 du rotor 10.

Comme cela est bien visible sur les figures 3 et 5 où les lettres N et S correspondent respectivement aux pôles Nord et Sud, les aimants 22 situés dans deux cavités 21 consécutives sont de polarités alternées. Ainsi, d'une cavité 21 à l'autre; les faces internes 41 des aimants 22 en appui contre la face plate 37 ménagée dans l'âme 26 présentent une polarité alternée, et les faces externes 42 des aimants 22 en contact avec la face interne 36 de la paroi polaire 31 correspondante présentent une polarité alternée.

Les faces internes 41 et externes 42 de chaque aimant 22 sont en l'occurrence planes, comme les autres faces de chaque aimant 22. En variante, comme cela a été représenté sur la figure 5, la face externe 42 de chaque aimant 22 est courbée, tandis que la face interne 41 de l'aimant 22 est plate, ou inversement. La face interne 36 de la paroi polaire 31 présente alors une forme courbe correspondante. On améliore ainsi le maintien de l'aimant 22 à l'intérieur d'une cavité 21. Alternativement, les deux faces latérales 41 et 42 sont courbées dans le même sens (cf. trait pointillé 50), en sorte que chaque aimant 22 présente globalement une forme de tuile.

Par ailleurs, les aimants 22 ne remplissent pas complètement les cavités 21, de telle façon qu'il existe deux espaces vides 45 de part et d'autre de l'aimant 22 suivante une direction orthoradiale. Ces espaces sont délimitées par des faces d'extrémités orthoradiales des aimants 22 et les faces de la cavité 21 en vis-à-vis. Ces espaces 45 s'étendent longitudinalement suivant les faces d'extrémités orthoradiales des aimants 22. Le volume d'air délimité par l'ensemble des espaces 45 du rotor 10 permet de réduire l'inertie du rotor 10.

Les aimants 22 sont de préférence réalisés en terre rare afin de maximiser la puissance magnétique de la machine 7. En variante, ils pourront toutefois être réalisés en ferrite selon les applications et la puissance recherchée de la machine électrique 7. Alternativement, les aimants 22 peuvent être de nuances différentes pour réduire les coûts. Par exemple, on alterne dans les cavités 21 l'utilisation d'un aimant en terre rare et d'un aimant en ferrite moins puissant mais moins coûteux. Certaines cavités 21 pourront également être laissées vides en fonction de la puissance recherchée de la machine électrique 7. Par exemple, deux cavités 21 diamétralement opposés peuvent être vides. Le nombre de cavités 21 est de préférence, comme cela est représenté, égal à quatre tout comme le nombre d'aimants 22 associés. Il est toutefois possible d'augmenter le nombre de cavités 21 et d'aimants 22 en fonction de l'application. Par ailleurs, un aimant permanent 22 unique est de préférence inséré à l’intérieur de chaque cavité 21. En variante, on pourra utiliser plusieurs aimants 22 empilés l'un sur l'autre à l'intérieur d'une même cavité 21. On pourra par exemple utiliser deux aimants permanents 22 empilés axialement ou orthoradialement l'un sur l'autre qui pourront le cas échéant être de nuances différentes.

En outre, des éléments de plaquage 51 sont intercalés entre le corps de rotor 11 et chaque aimant 22, pour assurer le maintien de chaque aimant permanent 22 à l'intérieur de la cavité 21 correspondante. Chaque élément de plaquage 51 est agencé, de sorte que l'élément de plaquage 51 se trouve dans le passage du flux magnétique radial généré par l'aimant 22 correspondant. Chaque élément de plaquage 51 assure un plaquage de l’aimant 22 contre la face interne 36 de chaque cavité 21 par application d'un effort de direction radiale. En variante, les éléments de plaquage 51 pourraient être positionnés du côté opposé de l'aimant 22 de manière à assurer un plaquage de l'aimant 22 contre la face interne opposée 36.

Dans le mode de réalisation des figures 6a et 6b, l'élément de plaquage 51 est constitué par une lame ressort 511 incurvée. Un creux 55 de la lame 511 incurvée est dirigé du côté d'un arbre du rotor 10. Lorsque la lame 511, qui est rapportée par rapport au corps de rotor 11, est positionnée entre le corps 11 et l'aimant 22, la hauteur du creux 55 diminue par déformation élastique en sorte que la lame 511 est dans un état comprimé. Par réaction, la lame 511 applique alors un effort radial contre l'aimant 22 correspondant de manière à le plaquer contre la face interne 36.

Dans l'exemple de réalisation, les bords de la lame 511 coïncident sensiblement avec les bords de l'aimant 22 comme cela est bien visible en figure 6b. Cela permet de limiter au maximum le volume d'air qui perturbe la propagation du flux magnétique.

Dans tous les cas, la lame ressort 511 a une surface au moins égale à 40%, notamment au moins égale à 60%, par exemple au moins égale à 80% de la surface de l'aimant 22 contre lequel la lame vient en vis-à-vis.

La lame ressort 511 comprend des pattes de maintien axial 52 de l'aimant 22. Suivant chacun de ses bords d'extrémité axial, la lame 511 comporte ainsi au moins une patte 52 repliée de manière à venir en appui contre une face d'extrémité axiale de l'aimant 22 et au moins une patte 52 destinée à venir en appui contre une face d'extrémité du corps de rotor 11.

En l'occurrence, la lame 511 comprend à chacun de ses bords d'extrémité axiaux deux pattes centrales 52 repliées de manière à venir en contact contre une face d'extrémité d'un aimant 22 correspondant, ainsi que deux pattes extrêmes 52 repliées de manière à venir en contact contre une face d'extrémité du corps de rotor 11. En variante, la disposition des pattes 52 plaquées sur la face de l'aimant 22 et le rotor 10 est inversée. Le nombre et la disposition des pattes 52 le long des bords de la lame 511 pourront bien entendu être adaptés en fonction de l'application, et en particulier de la taille de l'aimant 22 à maintenir dans la cavité 21. Une telle configuration du ressort 511 permet ainsi de supprimer les flasques de maintien axial des aimants 22 à l'intérieur des cavités 21.

La lame 511 pourra également comporter, le cas échéant, des pattes 53 de maintien latéral d’un aimant 22 correspondant (cf. figure 6b). Cela permet de garantir un centrage de l'aimant 22 dans la cavité 21 par rapport aux espaces 45. Alternativement ou en complément des pattes 52, 53, le rotor 10 pourra également comporter au moins une butée 54 de maintien orthoradiale de chaque aimant de l'ensemble d'aimants 22 de manière à le centrer par rapport aux espaces 45, comme illustré en figure 8b. La butée 54 pourra être formée par un épaulement longitudinal réalisé dans le corps de rotor 11.

Comme cela est visible sur la figure 11, la machine comporte un entrefer total Etot, mesuré le long d’un rayon R1 de la machine coupant un aimant permanent 22, l’entrefer total étant la somme d'un premier entrefer E1 entre le stator 80 et le rotor 10 et d'un deuxième entrefer E2 entre une paroi de la cavité 21 et une face de l’aimant permanent 22 correspondant. L’entrefer total Etot est de préférence compris entre 0,1 et 0,6 mm, par exemple sensiblement égal à 0,3 mm. Chaque aimant permanent 22 présente une épaisseur moyenne d’environ 2 à 5 mm, par exemple sensiblement égal à 3 mm.

Un ratio entre la plus petite épaisseur E d’un aimant 22 et la largeur maximale de l’entrefer total Etot est compris entre 3 et 50, notamment entre 10 et 15.

La lame 511 est réalisée de préférence au moins partiellement, de préférence totalement, en matériau magnétique tel que le fer ou une nuance d'aciers afin de permettre la transmission du flux magnétique radial dans le chemin duquel se trouve la lame 511.

Dans le cas présent, la lame 511 exerce un effort dans une zone d’appui couvrant sensiblement la totalité de la hauteur H de l’aimant 22 mesurée suivant une direction axiale. Plus généralement, la lame 511 exerce une force dans une zone d'appui sur au moins 10% de la hauteur H de l’aimant permanent 22. Dans une variante de réalisation, on utilise une pluralité de lames 511 exerçant chacun une zone d’appui sur une partie de la hauteur d'un aimant permanent 22 correspondant. Les espaces 45 positionnés au niveau des faces extrémités orthoradiales de chaque aimant 22 pourront si besoin être remplis d'un matériau de remplissage, tel que de la colle et/ou de la résine, ou tout autre matériau adapté.

Dans le mode de réalisation des figures 7a à 7c, l'élément de plaquage 51 est constitué par une goupille 512. La goupille 512 présente une forme annulaire allongée suivant une direction axiale. La goupille 512 est munie d'une fente 57 longitudinale traversant une paroi 58 annulaire de part en part pour lui conférer son élasticité. La goupille 512 présente ainsi une section en forme d'anneau fendu. Les extrémités 59 de la goupille 512 bien visibles sur la figure 7c sont de préférence biseautées. En l'occurrence, la goupille 512 est montée comprimée dans un décrochement 60 réalisé dans le paquet de tôle ayant une forme complémentaire de la goupille 512 (cf. figure 7a et 7b). Le décrochement 60 délimite ainsi une forme de portion de cylindre. Dans l'état comprimé, les extrémités libres de l'anneau délimité par la goupille 512 sont rapprochées l'une de l'autre, de telle façon que la goupille 512 exerce par réaction un effort radial sur l'aimant 22 de manière à plaquer l'aimant 22 contre la face interne 36.

Dans chaque cavité 21, le rotor 10 comporte ici une goupille 512 unique qui présente une longueur sensiblement égale à la hauteur H de l'aimant 22. La goupille 512 exerce ainsi un effort dans une zone d’appui couvrant la totalité de la hauteur H de l’aimant 22, ce qui permet d'homogénéiser l'effort d'appui sur l'aimant 22. La zone d'appui est sensiblement linéaire, dans la mesure où elle correspond à l'intersection entre un plan (la face plane 36 de l'aimant 22) et un cylindre (correspondant à la périphérie externe de la goupille 512).

En variante, plusieurs goupilles 512 sont insérées à l'intérieur de chaque cavité 21. Chaque goupille 512 pourra alors présenter une zone d’appui couvrant une partie de la hauteur H' d'un aimant permanent 22 correspondant, en particulier au niveau de chaque extrémité axiale de l'aimant 22 (cf. figure 7b). Chaque goupille 512 présente de préférence une zone d'appui couvrant au moins 10%, notamment 50%, de la hauteur de l'aimant 22. Deux goupilles 512 au moins pourront être alignées sensiblement suivant un même axe.

Alternativement, une goupille 512 est située respectivement à chaque extrémité orthoradiale de l'aimant 22, comme dans le cas de l'utilisation des ressorts à spirales 513 (cf. figure 8a). Plusieurs goupilles 512 pourront également être positionnées à chaque extrémité orthoradiale de l'aimant 22. De telle configuration permettent d'éviter la perturbation du flux dans la partie centrale de l'aimant 22.

Un ratio entre une hauteur L1 d'un décrochement 60 mesuré suivant l'axe radial par rapport au diamètre extérieur L2 d'une goupille 512 correspondante est compris entre 0,4 et 0,7, notamment entre 0,5 et 0,6. Un tel ratio permet d'optimiser le compromis entre l'effort de poussée appliqué par la goupille 512 sur l'aimant 22 et la limitation de la lame d'air (entre la face 37 et la face en vis-à-vis de l'aimant 22) perturbant la propagation du flux dans le rotor 10. La goupille 512 est par ailleurs réalisée au moins partiellement, de préférence totalement dans un matériau magnétique afin de ne pas perturber la transmission du flux magnétique d'orientation radiale généré par l'aimant 22 correspondant. Dans l’exemple représenté, le diamètre d'une goupille 512 est compris entre 1 et 2,5 mm, et est par exemple de l'ordre de 1,5 mm.

Dans le mode de réalisation des figures 8a à 8d, l'élément de plaquage 51 est constitué par au moins un ressort à spirales 513 logé au moins partiellement dans un espace 45 positionné du côté d'une des extrémités orthoradiales de l'aimant 22. Le ressort 513 applique une force ayant une direction sensiblement radiale sur l'aimant 22 correspondant de manière à plaquer l'aimant 22 correspondant contre la face interne 36. A cet effet, une portion du ressort 513 est en appui contre l'aimant 22.

Plus précisément, deux ressorts 513 sont positionnés de part et d'autre de l'aimant 22 suivant une direction orthoradiale. Une telle configuration permet ainsi de réduire les fuites magnétiques de la machine. Chaque ressort 513, qui est rapporté par rapport au corps de rotor 11, comporte une première 61 et une deuxième 62 portions enroulées reliées entre elles par un bras 63, comme cela est visible sur les figures 8a et 8b. Dans l'exemple représenté, chaque portion enroulée 61, 62 comporte une pluralité de spires 64. En variante, chaque portion enroulée 61,62 comporte au moins une spire 64 qui pourra être complète ou incomplète. Les figures 8a et 8b illustrent ainsi des ressorts 513 munis de portions 61,62 formées par des spires 64 incomplètes ayant des sens d'enroulement inversés.

La première portion enroulée 61 est positionnée à l'intérieur d'un des espaces 45, de manière à épouser la forme de l'espace 45. La deuxième portion enroulée 62 est positionnée à l'intérieur d'un décrochement 60 de forme correspondante ménagé dans le corps de rotor 11. Le décrochement 60 présente ainsi une forme de portion de cylindre. L'aimant 22 et l'espace 45 correspondant sont agencés de façon à permettre le passage libre du bras 63 entre l'aimant 22 et le corps de rotor 11. Comme cela est illustré sur la figure 8a, le fait de positionner une portion enroulée 61 d'un ressort 513 dans chaque espace 45 permet de garantir le centrage de l'aimant 22 par rapport à ces espaces 45.

Dans l'état comprimé, les portions enroulées 61, 62 sont écartées angulairement l'une de l'autre par rapport à leur position dans l'état de repos du ressort 513, de telle façon que la portion enroulée 62 exerce par réaction, suivant une zone d'appui, un effort ayant une direction sensiblement radial sur l'aimant 22 de manière à le plaquer contre la face interne 36. La zone d'appui du ressort 513 contre l'aimant 22 est linéaire dans la mesure où elle correspond à l'intersection entre la face interne plane 36 et la portion enroulée 62 de forme globalement cylindrique. Cette zone d'appui couvre en l'occurrence sensiblement la totalité de la hauteur H de l’aimant 22.

Alternativement, plusieurs ressorts 513 sont insérés à l'intérieur de chaque espace 45. Chaque ressort 513 présente une zone d’appui couvrant une partie de la hauteur H' d'un aimant permanent 22, en particulier au niveau de chaque extrémité axiale de l'aimant 22.

Dans le mode de réalisation montré sur la figure 8b, on utilise dans chaque cavité 21 un ressort 513 unique et une butée 54 sous forme d'un épaulement longitudinal réalisé dans le corps de rotor 11 pour assurer un maintien orthoradial de l'aimant 22 correspondant. Les espaces 45 pourront si besoin être remplis de colle et/ou de résine.

Etant donné que les ressorts 513 sont positionnés en appui contre les extrémités orthoradiales de l'aimant 22, les ressorts 513 perturbent peu le flux magnétique central généré par l'aimant 22. En conséquence, les ressorts 513 peuvent être réalisés dans un matériau amagnétique. En variante, les ressorts 513 sont réalisés dans un matériau magnétique. En variante, chaque ressort 513 est réalisé dans un matériau bi-matière, c’est-à-dire que la portion enroulée 61 située dans un espace 45 est réalisé en matériau amagnétique et la portion enroulée 62 située en appui contre l'aimant 22 est réalisée dans un matériau magnétique afin de minimiser les perturbations magnétiques.

Dans le mode de réalisation des figures 9a et 9b, pour assurer un maintien des aimants 22 à l'intérieur des cavités 21, le rotor 10 comporte, dans chaque cavité 21, un ressort 514 monté comprimé par écrasement suivant sa hauteur entre le corps de rotor 11 et les aimants permanents 22. Chaque ressort 514 exerce ainsi par déformation un effort radial sur les aimants 22 de l'intérieur vers l'extérieur du rotor 10. A cet effet, chaque ressort 514 est positionné dans un décrochement 60 longitudinal. Ce décrochement 60 de section rectangulaire est prévu afin de minimiser la lame d'air entre l'aimant 22 et la face interne 37 en vis-à-vis de l'aimant 22. Comme cela est bien visible sur la figure 9b, chaque ressort 514, réalisé par exemple en acier inoxydable, comporte une portion arrondie centrale 67, et deux portions arrondies d'extrémité 68 situées de part et d'autre de la portion centrale 67. La portion centrale 67 et les portions d'extrémité 68 présentent des courbures inversées. Le rayon de courbure de la portion centrale 67 est supérieur au rayon de courbure des portions d'extrémité 68. Ce ressort 514 rattrape ainsi les jeux de sorte que les tolérances de fabrication peuvent être grandes. Chaque ressort 514 présente de préférence une extrémité biseautée 69 pour faciliter l'insertion dans la cavité 21. Chaque ressort 514 comporte en outre une fente 70 le long de l'extrémité biseautée 69 pour réduire la rigidité de l'extrémité biseautée.

Dans le cas présent, chaque ressort 514 exerce un effort dans une zone d’appui couvrant sensiblement la totalité de la hauteur H de l’aimant 22. Dans une variante de réalisation, on utilise une pluralité de ressorts 514 exerçant chacun une zone d’appui sur une partie de la hauteur d'un aimant permanent 22 correspondant. Chaque ressort 514 exerce alors une force dans une zone d'appui sur au moins 10% de la hauteur H de l’aimant permanent 22.

Dans le mode de réalisation des figures 10a et 10b, les éléments de plaquage 51 sont constitués chacun par un ressort 515 comportant deux plaquettes 73 de forme rectangulaire reliées entre elles par un de leur bord d'extrémité commun 77 et inclinées l'une par rapport à l'autre de manière à présente une forme de V. Chaque ressort 515 exerce par déformation un effort radial sur les aimants 22 de l'intérieur vers l'extérieur du rotor 10. A cet effet, chaque ressort 515 est positionné dans un décrochement 60 longitudinal du paquet de tôle prévu afin de minimiser la lame d'air entre l'aimant 22 et la face interne 36 en vis-à-vis de l'aimant 22 du côté de l'arbre. En outre, les extrémités libres du ressort 515 étant rapprochées l'une de l'autre, le ressort 515 exerce par réaction un effort radial contre l'aimant de manière à le plaquer contre la face interne 36. Comme cela est bien visible sur la figure 10b, chaque ressort 515, comporte deux retours 74 situés chacun du côté d'un bord d'une des extrémités libres d'une plaquette 73 correspondante. Les retours 74 formant un angle par rapport à la plaquette 73 correspondante sont destinés à venir chacun en appui respectivement contre une face du rotor 10 et contre une face d'extrémité axiale de l'aimant 22. Le ressort 515 pourra être réalisé par exemple dans un matériau magnétique afin de ne pas perturber le flux magnétique circulant dans le rotor 10. Alternativement, le ressort 515 est réalisé dans un matériau amagnétique.

Dans le cas présent, chaque ressort 515 exerce un effort dans une zone d’appui sensiblement plane couvrant sensiblement la totalité de la hauteur H de l’aimant 22. Dans une variante de réalisation, on utilise une pluralité de ressorts 515 exerçant chacun une zone d’appui sur une partie de la hauteur H d'un aimant permanent 22 correspondant. Chaque ressort 515 exerce alors une force dans une zone d'appui sur au moins 10% de la hauteur H de l’aimant permanent 22.

On décrit ci-après le procédé de fabrication d'un rotor 10 de machine électrique tournante qui consiste à réaliser le corps de rotor 11 définissant une pluralité de cavités 21, puis à insérer de préférence simultanément un aimant permanent 22 et un élément de plaquage 51, 511, 512, 513, 514, 515 comprimé à l'intérieur de chaque cavité 21. L'élément de plaquage 51 est ensuite relâché, de telle façon que l'élément de plaquage 51 assure un plaquage de l’aimant permanent 22 contre la face interne 36 du corps délimitant en partie la cavité 21.

Le corps de rotor 11 pourra également comporter deux flasques de maintien (non représentées) plaqués de part et d'autre du rotor 10 sur ses faces d'extrémité axiale. Ces flasques de maintien assurent une retenue axiale des aimants 22 à l'intérieur des cavités 21 et servent également à équilibrer le rotor 10. Les flasques sont en matière amagnétique, par exemple en aluminium.

Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents.

Claims (15)

1. REVENDICATIONS

   1. Rotor (10) à aimants permanents (22), notamment pour machine électrique tournante, par exemple pour un turbo-chargeur électrique, comportant : - un corps de rotor (11) définissant une pluralité de cavités (21), le rotor présentant une périphérie externe délimitée par une face cylindrique de diamètre externe compris entre 20 mm et 50 mm, - un ensemble d’aimants permanents (22), notamment à aimantation radiale, logés dans lesdites cavités (21), caractérisé en ce que au moins un élément de plaquage (51) est intercalé entre ledit corps de rotor (11) et au moins un aimant permanent (22) correspondant, pour le plaquage dudit aimant permanent (22) contre une face interne (36) d'une cavité (21) correspondante.
2. 2. Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément de plaquage (51) est constitué par une lame ressort (511) de forme incurvée.
3. 3. Rotor selon la revendication 2, caractérisé en ce que les bords de ladite lame ressort (511) coïncident sensiblement avec les bords dudit aimant (22) correspondant.
4. 4. Rotor selon l'une quelconque des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que ladite lame ressort (511) comprend des pattes (52) de maintien axial d'un aimant permanent (22) correspondant.
5. 5. Rotor selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ladite lame ressort (511) comporte des pattes (53) de maintien latéral d’un aimant (22) correspondant.
6. 6. Rotor selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en qu'un creux (55) de ladite lame ressort (511) est dirigé du côté d'un arbre dudit rotor (10).
7. 7. Rotor selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que la machine comportant un entrefer total (Etot), mesuré le long d’un rayon de la machine coupant un aimant permanent (22), l’entrefer total (Etot) étant la somme d'un premier entrefer (E1) entre un stator (80) et ledit rotor (10) et d'un deuxième entrefer E2 entre une paroi de la cavité 21 et une face de l’aimant permanent 22 correspondant.
8. 8. Rotor selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'un ratio entre une plus petite épaisseur (E) d’un aimant (22) et une largeur maximale de l’entrefer total (Etot) est compris entre 3 et 50, notamment entre 10 et 15.
9. 9. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit rotor (10) comporte au moins une butée (54), notamment deux butées de maintien orthoradial de chaque aimant permanent (22), dudit ensemble d'aimants permanents (22).
10. 10. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit élément de plaquage (51) est réalisé au moins partiellement en matériau magnétique tel que du fer ou une nuance d’aciers.
11. 11. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ledit élément de plaquage (51) est distinct du corps de rotor (11).
12. 12. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que ledit élément de placage (51) est constitué par un ressort (515) ayant une forme en V.
13. 13. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que ledit élément de plaquage est constitué par un ressort (514) comportant une portion arrondie centrale (67), et deux portions arrondies d'extrémité (68) situées de part et d'autre de ladite portion centrale (67), ladite portion centrale (67) et lesdites portions d'extrémité (68) présentant des courbures inversées.
14. 14. Procédé de fabrication d'un rotor (10) de machine électrique tournante, caractérisé en ce que ledit procédé comporte: - une étape de réalisation d'un corps de rotor (11) définissant une pluralité de cavités (21), - une étape d'insertion, notamment simultanée, d'un aimant permanent (22) et d'un élément de plaquage comprimé à l'intérieur de chaque cavité (21), et - une étape de relâchement de l'élément de plaquage de telle façon que ledit élément de plaquage (51) assure un plaquage dudit aimant permanent (22) contre une face interne (36) du corps délimitant la cavité (21) correspondante.
15. 15. Machine électrique tournante comportant un stator bobiné et un rotor (10) tel que défini selon l’une quelconque des revendications 1 à 13.