FR3129792A1 - Rotor de machine électrique tournante - Google Patents
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Abstract
Rotor de machine électrique tournante 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 petite face (6a) en regard d’un petit côté (3a) de l’aimant permanent (1), au moins une tôle (6) comportant au moins une languette (7) se raccordant à ladite petite face (6a) du logement (4) et s’étendant dans le logement (4) en direction de l’entrefer, la ou les languettes (7) permettant de maintenir l’aimant permanent (1) contre une face opposée (6b) du logement (4). Figure pour l’abrégé : Fig. 1
Description
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.
Enfin, l’utilisation d’aimants ayant une forme spécifique augmente significativement le coût total de fabrication de la machine en raison du coût élevé de ces aimants. Par ailleurs, les formes spécifiques de ces aimants peuvent compliquer la réalisation de la tôle magnétique et sa découpe.
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 grandes languettes pliables peut entrainer un risque d’amorce de rupture de la languette et de cassure de celle-ci.
Dans la demande de brevet JP 2007/037202, le rotor comporte des languettes obtenues par poinçonnage des tôles. Ces languettes sont présentes seulement aux deux extrémités longitudinales des aimants permanents.
Dans la demande US 2021/0211006, les tôles comportent des languettes orientées vers les petits côtés d’aimants permanents disposés circonférentiellement, et vers l’axe de rotation, et non pas vers l’entrefer. En outre, les aimants sont arrondis, de section transversale non rectangulaire.
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 languettes au sens de l’invention. Ils ne sont pas destinés à se déformer sous l’action de l’insertion des aimants permanents.
Dans la demande US 2009/0230803, certaines tôles comportent des languettes de forme générale rectangulaire, orientées à l’opposé de l’entrefer.
Enfin, 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 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 petite face en regard d’un petit côté de l’aimant permanent,
au moins une tôle comportant au moins une languette se raccordant à ladite petite face du logement et s’étendant dans le logement en direction de l’entrefer, la ou les languettes permettant de maintenir l’aimant permanent contre une face opposée du logement.
- 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 petite face en regard d’un petit côté de l’aimant permanent,
au moins une tôle comportant au moins une languette se raccordant à ladite petite face du logement et s’étendant dans le logement en direction de l’entrefer, la ou les languettes permettant de maintenir l’aimant permanent contre une face opposée du logement.
Le maintien précité de l’aimant permanent peut être un pré-positionnement de celui-ci dans son logement.
Dans l’invention, 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.
Le recouvrement peut être compris entre 0,01 mm et 1 mm, mieux entre 0,05 et 0,5 mm, mieux entre 0,08 et 0,6 mm, voire entre 0,1 et 0,3 mm, étant par exemple de 0,15 mm.
La ou les languettes au sens de l’invention 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. Lorsque l’aimant permanent correspondant est inséré dans son logement, la languette peut être inclinée d’un angle inférieur à 90 °, mieux inférieur à 75°, par exemple de l’ordre de 45°, par rapport à un plan perpendiculaire à l’axe de rotation X.
Le rayon de courbure de la languette peut être supérieur à deux fois l’épaisseur de la tôle.
Une telle configuration de la languette permet de limiter les contraintes dans celle-ci tout en optimisant l’effort de tenue de celle-ci. On a une meilleure distribution des contraintes dans la languette. Ainsi, on peut éviter l’apparition de fissure dans la tôle à la base de la languette, au niveau de la zone de pliure.
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.
Des languettes orientées à l’opposé de l’entrefer devraient lutter contre l’effet de centrifugation des aimants permanents. Au contraire, les languettes selon l’invention permettent de pousser les aimants permanents vers l’entrefer en synergie avec l’effet de centrifugation des aimants permanents, ce qui est avantageux.
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. La présence de la languette permet de s’affranchir de l’utilisation de colle. Elle peut également être un complément au collage, cette languette 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.
La forme générale des languettes permet de bien maitriser l’orientation et le positionnement de leur déformation.
La masse rotorique peut comporter un ou plusieurs paquets de tôles empilés les uns sur les autres. Chaque paquet de tôles peut comporter au moins un logement recevant l’aimant permanent. Dans le cas où la masse rotorique comporte plusieurs paquets de tôles empilés les uns sur les autres, la masse rotorique peut comporter, pour un logement, un seul ou plusieurs aimants permanents, par exemple un aimant permanent par paquet de tôles.
La ou les languettes peuvent être d’un seul tenant avec le reste de la tôle.
L’aimant permanent peut être introduit magnétisé ou non magnétisé dans le logement, le long de l’axe de rotation du rotor.
La ou les languettes peuvent être de forme symétrique par rapport à un axe de symétrie, notamment un axe d’élongation de la languette. La symétrie de la languette permet une meilleure maitrise de la déformation de celle-ci. En particulier, la déformation peut se faire avantageusement selon un seul axe plutôt que selon plusieurs axes, et permet ainsi d’éviter un risque de rotation et de vrillage de la languette.
Dans une variante de réalisation, la ou les languettes peuvent être asymétriques, ce qui peut permettre de contrôler la déformation de la languette dans un sens ou dans l’autre. On peut obtenir ainsi un petit effet de rotation de la languette.
La ou les languettes peuvent avoir une forme générale en V, notamment étant de forme générale triangulaire, notamment triangulaire isocèle.
Grace à cette forme de la languette, on peut améliorer le contrôle du rayon de déformation de la languette. La forme en V confère avantageusement à la languette une raideur variable. Ainsi, la courbure de la languette est mieux répartie sur toute sa longueur. De cette façon, le rayon de courbure de la languette peut être avantageusement plus grand.
La forme triangulaire de la languette permet d’assurer que celle-ci a une base plus large que son sommet, ce qui permet d’imposer sa zone de courbure et sa déformation.
La ou les languettes peuvent comporter un arrondi ou un aplat à leur extrémité libre. 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.
Une tôle comportant une languette peut comporter une découpe à la base de la languette. 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 avoir un rayon de courbure compris entre 0,1 et 2 mm, mieux entre 0,3 et 1 mm, voire entre 0,5 et 0,7 mm, étant par exemple de 0,55 mm ou de 0,65 mm.
La découpe peut être réalisée d’un seul côté de la languette, ou en variante, la découpe peut être réalisée sur les deux côtés de la languette. Une languette peut notamment comporter une découpe de part et d’autre quand la languette se raccorde à une grande face du logement.
La découpe peut permettre d’augmenter la flexibilité de la languette.
La découpe peut ne pas être configurée pour loger un coin d’un aimant permanent.
La ou les languettes peuvent être positionnées au centre d’une face du logement correspondant, notamment au centre d’une petite face du logement et/ou au centre d’une grande face du logement.
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.
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 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.
Les logements latéraux de la première rangée peuvent comporter chacun une languette se raccordant à une petite face du logement. Le logement central de la première rangée peut être dépourvu de languette se raccordant à une petite face du logement. Le logement central de la première rangée peut comporter une languette se raccordant à une grande face du logement. Les logements de la deuxième rangée peuvent comporter chacun une languette se raccordant à une petite face du logement.
Le rotor peut comporter des aimants permanents disposés pour former des pôles du rotor, les languettes d’un pôle du rotor étant disposées de manière symétrique les unes par rapport aux autres.
Un pôle du rotor peut comporter plusieurs languettes, par exemple au moins une paire de languettes disposées de manière symétrique l’une par rapport à l’autre. Le pôle du rotor peut par exemple comporter au moins deux paires de languettes disposées de manière symétrique les unes par rapport aux autres. Un pôle du rotor peut par exemple comporter autant de paires de languettes que de rangées d’aimants permanents.
Au moins une tôle peut comporter au moins un orifice en regard de la languette, notamment entre la languette et un logement consécutif dans la rangée de logements. Cet orifice permet de diminuer le pont de matière ménagé entre les deux logements consécutifs de la rangée, et ainsi de permettre une saturation plus rapide dudit pont de matière. Une telle saturation permet d’éviter les pertes électromagnétiques. De ce fait, il est avantageux d’avoir un pont de matière le plus fin possible. L’orifice peut être centré par rapport au pont de matière ou décalé d’un côté ou de l’autre. L’orifice peut être présent sur toutes les tôles comportant une ou des languettes.
Les tôles dépourvues de languettes 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.
Au moins une petite et/ou une grande face du logement peut comporter au moins une déformation convexe vers l’intérieur du logement, notamment sur une grande face du logement. Par « déformation convexe vers l’intérieur du logement », on entend une déformation locale de la tôle orientée dans le logement. On peut également parler de poinçonnage. La ou les déformations peuvent permettre de maintenir l’aimant permanent contre la face opposée du logement.
La face du logement comportant la ou les déformations peut être une face du logement perpendiculaire à celle à laquelle se raccorde la languette.
En variante ou additionnellement, la face du logement comportant la ou les déformations peut être la face du logement à laquelle se raccorde la languette, ou en variante la face opposée. Il peut ne pas y avoir de lien entre la position de la ou des languettes et la position de la ou des déformations convexes.
Lorsque la face du logement comporte une déformation convexe vers l’intérieur du logement, la déformation peut être positionnée sur la face du logement de manière à être en regard de la languette, par exemple en regard du centre du petit côté de l’aimant ou en regard du centre du grand côté de l’aimant.
Lorsque la face du logement comporte deux déformations convexes vers l’intérieur du logement, les déformations peuvent être positionnées sur la face du logement de manière à être en regard respectivement du premier et du deuxième tiers du grand côté de l’aimant.
L’aimant permanent peut présenter 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. La face du logement comportant la butée peut être la face du logement opposée à la face à laquelle se raccorde la languette.
La languette peut être configurée pour exercer une poussée sur l’aimant permanent de manière à ce que celui-ci soit en appui contre la butée. La butée peut s’étendre dans une portion latérale du logement, faisant face au deuxième petit côté de l’aimant permanent. Cette portion latérale du logement peut ainsi permettre de ménager un vide magnétique, utile pour favoriser la circulation du flux magnétique dans le rotor de manière optimisée.
Le logement peut être 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 en direction de l’entrefer, la ou les languettes permettant de maintenir l’aimant permanent contre une face opposée du logement.
Le rotor peut comporter au moins deux languettes réparties axialement le long de la masse rotorique pour un même logement, mieux au moins trois, quatre ou cinq languettes.
Les languettes peuvent être réparties axialement le long de la masse rotorique de manière régulière, étant notamment positionnées longitudinalement le long des aimants permanents. Les languettes peuvent être réparties uniformément le long de la masse rotorique, ou non uniformément. Elles peuvent notamment ne pas être positionnées uniquement à des extrémités longitudinales des aimants permanents.
Dans un mode de réalisation, les tôles d’extrémités de la masse rotorique peuvent être dépourvues de languette. Les tôles de la masse rotorique comportant une ou des languettes peuvent être disposées entre la deuxième tôle et l’avant-dernière tôle de la masse rotorique.
Une masse rotorique peut notamment comporter 5 à 30% de tôles comportant une ou des languettes. La masse rotorique peut comporter par exemple au moins deux tôles comportant une ou des languettes, notamment trois, quatre ou cinq tôles comportant une ou des languettes.
Dans un mode de réalisation, une tôle comportant une ou des languettes peut être entourée de tôles dépourvues de languettes selon l’invention. En variante, la masse rotorique peut comporter au moins deux tôles consécutives comportant une ou des languettes, par exemple deux tôles consécutives ou trois tôles consécutives, voire plus. Une telle configuration permet de bénéficier de languettes plus rigides.
Une même tôle de la masse rotorique peut comporter plusieurs languettes, chaque languette 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 languette par logement. La masse rotorique peut alors comporter, d’une part, des tôles comportant plusieurs logements et une languette par logement ou pour certains logements, et d’autres part, des tôles dépourvues de languette. Par exemple, la masse rotorique peut comporter une tôle comportant plusieurs logements et une languette par logement toutes les N tôles, N étant un entier compris entre 2 et 150, mieux entre 4 et 100, mieux entre 6 et 50, mieux entre 8 et 30, par exemple de l’ordre de 16 ou 22. On a alors la présence d’une tôle comportant plusieurs logements et une languette par logement puis plusieurs tôles dépourvues de languette et ainsi de suite. Toutes les tôles de la masse rotorique peuvent donc ne pas être identiques.
En variante, toutes les tôles de la masse rotorique peuvent être identiques. Par exemple, chaque tôle peut comporter plusieurs logements et une languette pour un de ces logements. La masse rotorique comporte alors un empilement desdites tôles, chaque tôle étant décalée angulairement par rapport à l’axe de rotation du rotor de manière à avoir des languettes pour chaque logement.
De même, dans le cas où la masse rotorique comporte plusieurs paquets de tôles empilés les uns sur les autres, chaque paquet peut comporter à l’une de ses extrémités des tôles dépourvues de languette.
Cela permet d’éviter d’avoir des tôles dont les languettes dépassent à l’extérieur de la masse rotorique ou du paquet de tôles après déformation par l’introduction longitudinale de l’aimant permanent dans le logement. Cela peut ainsi permettre l’empilement des paquets de tôles les uns sur les autres.
Languette
La ou les languettes peuvent avoir une longueur H relativement courte, ce qui permet de les rendre plus rigide. La longueur H d’une languette est mesurée depuis la face du logement, le cas échéant depuis le fond de la découpe. La longueur H d’une languette peut être comprise entre 0,2 et 2,7 mm, mieux entre 0,4 et 1,7 mm, voire entre 0,6 et 1,05 mm, étant par exemple de 0,79 mm ou de 0,96 mm.
Une hauteur h du triangle dans lequel peut être inscrit la languette peut être comprise entre 0,5 et 3 mm, mieux entre 0,7 et 2 mm, voire entre 0,9 et 1,35 mm, étant par exemple de 1,05 mm ou de 1,22 mm.
Un angle α formé par les deux cotés convergents de la languette peut être compris entre 15° et 135°, mieux entre 45° et 90°, voire entre 60° et 80°, étant par exemple de 70°.
Un ratio entre la longueur H d’une languette et sa largeur l peut être compris entre 25% et 100%, mieux entre 40% et 80%, voire entre 50% et 60%, étant par exemple de 54% ou de 56%.
La largeur l d’une languette peut être comprise entre 0,5 et 3 mm, mieux entre 1 et 2,5 mm, voire entre 1,3 et 1,8 mm, étant par exemple de 1,46 mm ou de 1,71 mm.
Un ratio entre la largeur l de la languette et la largeur L du logement correspondant peut être compris entre 15% et 85%, mieux entre 30% et 70%, voire entre 40% et 50%, encore mieux entre 45% et 55%, étant par exemple de 46% pour la première rangée et de 52% pour la deuxième rangée.
La longueur H de la languette peut être inférieure à 5 fois l’épaisseur de la tôle, mieux inférieure à 4 fois l’épaisseur de la tôle, voire inférieure à 3,5 fois l’épaisseur de la tôle, notamment dans le cas où la languette se raccorde à une grande face du logement.
De manière générale, l’épaisseur de la tôle peut être inférieure à 0,4 mm, mieux inférieure à 0,37 mm, étant par exemple de 0,27 mm ou de 0,35 mm.
L’épaisseur de la languette peut être égale à celle de la tôle de la masse rotorique dans laquelle la languette est ménagée.
Le matériau constituant la languette peut être identique à celui du reste de la tôle, ou non.
L’invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, 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 une languette se raccordant à ladite grande face du logement et s’étendant dans le logement en direction de l’entrefer, la ou les languettes permettant de maintenir l’aimant permanent contre une face opposée du logement,
la languette ayant une forme générale en V, étant notamment de forme générale triangulaire et notamment symétrique par rapport à un axe de symétrie, notamment un axe d’élongation de la languette.
- 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 une languette se raccordant à ladite grande face du logement et s’étendant dans le logement en direction de l’entrefer, la ou les languettes permettant de maintenir l’aimant permanent contre une face opposée du logement,
la languette ayant une forme générale en V, étant notamment de forme générale triangulaire et notamment symétrique par rapport à un axe de symétrie, notamment un axe d’élongation de la languette.
Machine et rotor
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 des languettes,
(b) insérer des aimants permanents dans les logements de la masse rotorique du rotor, les languettes subissant notamment une déformation lors de cette insertion.
(a) fournir une masse rotorique du rotor comportant des logements dans lesquels s’étendent des languettes,
(b) insérer des aimants permanents dans les logements de la masse rotorique du rotor, les languettes subissant notamment une déformation lors de cette insertion.
Dans l’invention les languettes sont présentes dans les logements avant l’insertion des aimants permanents dans ceux-ci. Les languettes ne sont pas formées après l’insertion des aimants permanents dans la masse rotorique.
Les aimants permanents peuvent être insérer longitudinalement, le long de l’axe de rotation du rotor, dans les logements correspondants.
L’insertion de l’aimant permanent dans le logement peut entrainer la déformation, notamment la déformation plastique, de la languette qui vient se plaquer contre le petit côté de l’aimant permanent, ou en variante ou additionnellement contre le grand côté de l’aimant permanent.
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.
La languette peut se déformer en dehors du plan de la tôle. La languette peut exercer après déformation une poussée sur l’aimant permanent de manière à le maintenir dans le logement, notamment contre la butée. La languette peut ainsi permettre de maintenir l’aimant permanent dans le logement, notamment contre la butée éventuelle, pendant son introduction dans le logement.
Les procédés peuvent en outre comporter l’étape consistant à réaliser au moins une déformation convexe vers l’intérieur du logement, mieux au moins deux déformations convexes vers l’intérieur du logement, notamment sur au moins une face du logement en regard d’un grand côté de l’aimant permanent.
La ou les déformations peuvent être réalisées après l’introduction de l’aimant permanent dans le logement. Cela facilite la réalisation de la ou des déformations car l’aimant permanent est alors déjà maintenu dans le logement par la languette. La ou les déformations peuvent par exemple être réalisées sur un poste de travail différent de celui sur lequel est réalisé l’introduction de l’aimant permanent dans le logement, et cela sans risque de perdre l’aimant permanent puisque ce dernier est retenu dans le logement par la languette.
La ou les déformations peuvent permettre de maintenir l’aimant permanent contre la face opposée du logement.
La présence de la languette et de la ou des déformations permettent de bloquer mécaniquement la position de l’aimant permanent dans le logement respectivement selon le grand et le petit axe du logement de sorte qu’il ne puisse plus bouger. Ainsi, une fois la ou les déformations effectuées, le positionnement de l’aimant permanent dans le logement est verrouillé.
Claims (15)
- 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 petite face (6a) en regard d’un petit côté (3a) de l’aimant permanent (1),
au moins une tôle (6) comportant au moins une languette (7) se raccordant à ladite petite face (6a) du logement (4) et s’étendant dans le logement (4) en direction de l’entrefer, la ou les languettes (7) permettant de maintenir l’aimant permanent (1) contre une face opposée (6b) du logement (4). - Rotor selon la revendication précédente, la ou les languettes étant de forme symétrique par rapport à un axe de symétrie, notamment un axe d’élongation de la languette (7).
- Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, la ou les languettes (7) ayant une forme générale en V, notamment étant de forme générale triangulaire, notamment triangulaire isocèle.
- Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, la ou les languettes (7) comportant un arrondi ou un aplat à leur extrémité libre (7a).
- Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, la ou les languettes (7) étant positionnées au centre d’une face du logement correspondant, notamment au centre d’une petite face du logement et/ou au centre d’une grande face du logement.
- 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.
- Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, le rotor comportant des aimants permanents (1) disposés pour former des pôles du rotor, les languettes (7) d’un pôle du rotor étant disposées de manière symétrique les unes par rapport aux autres.
- Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, au moins une tôle comportant au moins un orifice (15) en regard de la languette, notamment entre la languette (7) et un logement consécutif dans la rangée de logements.
- Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, au moins une petite et/ou une grande face du logement (4) comportant au moins une déformation convexe (19) vers l’intérieur du logement (4), notamment sur une grande face du logement.
- 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).
- Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins deux languettes (7) réparties axialement le long de la masse rotorique (33) pour un même logement (4), mieux au moins trois, quatre ou cinq languettes (7).
- 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) 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).
- 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 une languette (7) se raccordant à ladite grande face (5a) du logement (4) et s’étendant dans le logement (4) 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),
la languette (7) ayant une forme générale en V, étant notamment de forme générale triangulaire et notamment symétrique par rapport à un axe de symétrie, notamment un axe d’élongation de la languette (7). - Machine électrique tournante, comportant un stator et un rotor (30) tel que défini selon l’une quelconque des revendications précédentes.
- 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 des languettes (7),
(b) insérer des aimants permanents (1) dans les logements de la masse rotorique du rotor, les languettes (7) subissant notamment une déformation lors de cette insertion.
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