FR3141575A1 - Simplified magnet-holding rotor - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un rotor comportant une culasse (10) constituée d’un matériau ferromagnétique et un axe (11), ladite culasse (10) supportant N aimants (50), lesdits aimants (50) étant maintenus de part et d’autre de leurs extrémités axiales par au moins un flasque (20, 30) présentant à l’une de ses périphéries N griffes (21, 31) s’épanouissant dans la direction axiale caractérisé en ce que lesdits aimants (50) étant aimantés radialement ou selon une aimantation tournante générant un champ principal radial, la largeur des aimants (50) étant au moins trois fois supérieure à la distance séparant deux aimants (50) adjacents à la périphérie du rotor (10),la surface intérieure (51) de chacun desdits aimants (50) étant disposées contre la périphérie de ladite culasse (10),l’enveloppe périphérique desdites griffes (21, 31) est inscrite, après assemblage, dans l’enveloppe tubulaire (55) inscrivant lesdits aimants (50), lesdites griffes (21, 31) venant en contact contraint avec une partie de la surface extérieure (54) de l’aimant (50). Elle concerne aussi une machine électrique et un capteur comportant un tel rotor. Figure 1The present invention relates to a rotor comprising a yoke (10) made of a ferromagnetic material and an axis (11), said yoke (10) supporting N magnets (50), said magnets (50) being held on either side of their axial ends by at least one flange (20, 30) having at one of its peripheries N claws (21, 31) expanding in the axial direction characterized in that said magnets (50) being magnetized radially or according to a rotating magnetization generating a radial main field, the width of the magnets (50) being at least three times greater than the distance separating two magnets (50) adjacent to the periphery of the rotor (10), the interior surface (51) of each of said magnets (50) being arranged against the periphery of said cylinder head (10), the peripheral envelope of said claws (21, 31) is inscribed, after assembly, in the tubular envelope (55) inscribing said magnets (50), said claws (21, 31) coming into forced contact with a part of the exterior surface (54) of the magnet (50). It also relates to an electric machine and a sensor comprising such a rotor. Figure 1
Description
La présente invention concerne le domaine des rotors, constituant la partie mobile, par rapport au stator, d’une machine électrique ou d’un capteur électromagnétique. Le rotor se présente sous la forme d’un manchon cylindrique entraînant ou étant entraîné par un axe lié à une culasse supportant des aimants permanents qui induisent une tension électrique dans les enroulements du stator du générateur/alternateur séparés de la surface circonférentielle du rotor par un entrefer.The present invention relates to the field of rotors, constituting the movable part, relative to the stator, of an electric machine or an electromagnetic sensor. The rotor is in the form of a cylindrical sleeve driving or being driven by an axis linked to a yoke supporting permanent magnets which induce an electrical voltage in the windings of the stator of the generator/alternator separated from the circumferential surface of the rotor by a air gap.
Le rotor peut tourner à des vitesses élevées, ce qui se traduit par une force centrifuge significative qui s’exerce sur les aimants fixés à la périphérie de la culasse. Habituellement, ces aimants sont collés à la surface de la culasse ou maintenus par une frette périphérique. Plus récemment, on a aussi proposé une solution où les aimants permanents sont intégrés dans un noyau de rotor dite « IPM » (en anglais « interior permanent magnet ») où les aimants sont logés dans des cavités formées dans la culasse, dont les épanouissements périphériques forment les pôles magnétiques.The rotor can rotate at high speeds, which results in a significant centrifugal force acting on the magnets attached to the periphery of the cylinder head. Usually, these magnets are glued to the surface of the cylinder head or held by a peripheral ring. More recently, a solution has also been proposed where the permanent magnets are integrated into a rotor core called "IPM" (in English "interior permanent magnet") where the magnets are housed in cavities formed in the cylinder head, including the peripheral developments form the magnetic poles.
On connaît dans l’état de la technique le brevet US20100244607 décrivant un rotor de machine électrique rotative comprenant :
- une couronne de rotor fixée sur une circonférence externe d'un arbre rotatif ;
- un rotor formé par agencement et liaison d'une pluralité d'aimants en forme de segment ayant chacun un espace arbitraire entre les pôles sur une partie de circonférence externe de la couronne de rotor par un adhésif ;
- un support supportant avec faculté de rotation un arbre rotatif du rotor par l'intermédiaire de roulements ; et un stator fixé sur le support et comportant une couronne de stator et des enroulements de stator.
- a rotor ring gear fixed on an outer circumference of a rotating shaft;
- a rotor formed by arranging and bonding a plurality of segment-shaped magnets each having an arbitrary space between poles on an outer circumference portion of the rotor crown by an adhesive;
- a support rotatably supporting a rotating shaft of the rotor via bearings; and a stator fixed on the support and having a stator ring gear and stator windings.
Le rotor de la machine électrique rotative comprend :
- une partie de liaison formée par l'adhésif entre chacun des aimants en forme de segment du rotor et la face de circonférence externe de la couronne de rotor, la partie de liaison étant disposée en symétrie axiale par rapport au centre axial du rotor et présentant une zone de liaison supérieure ou égale à la moitié d'une zone de contact entre chacun des aimants en forme de segment et la face de circonférence externe de la couronne de rotor ;
- et un anneau non aimanté fixé sur une partie de circonférence externe des aimants en forme de segment, les aimants en forme de segment étant fixés en étant polarisés par l'anneau du côté couronne de rotor.
- a connecting part formed by the adhesive between each of the segment-shaped magnets of the rotor and the outer circumference face of the rotor crown, the connecting part being arranged in axial symmetry with respect to the axial center of the rotor and having a connection area greater than or equal to half of a contact area between each of the segment-shaped magnets and the outer circumference face of the rotor crown;
- and a non-magnetic ring fixed on an outer circumference part of the segment-shaped magnets, the segment-shaped magnets being fixed by being polarized by the ring on the rotor crown side.
Le brevet US20130214620 décrit un rotor de moteur électrique comprenant un noyau de rotor, une pluralité d’aimants espacés les uns des autres sur une surface circonférentielle extérieure du noyau de rotor, et un tuyau de protection cylindrique entourant les aimants est prévu. Le tuyau de protection a un diamètre interne inférieur au diamètre d’un cercle circonscrit passant par les sommets des surfaces externes des aimants. Un espace défini par une surface intérieure du tuyau de protection, les surfaces extérieures des aimants et la surface extérieure du noyau du rotor est rempli de résine, et le tuyau de protection est maintenu de manière à avoir un diamètre supérieur à celui du cercle circonscrit, en raison de la pression d’injection de la résine. Ce tube de résine vient augmenter l’entrefer.Patent US20130214620 describes an electric motor rotor comprising a rotor core, a plurality of magnets spaced apart from each other on an outer circumferential surface of the rotor core, and a cylindrical protection pipe surrounding the magnets is provided. The protective pipe has an internal diameter less than the diameter of a circumscribed circle passing through the vertices of the external surfaces of the magnets. A space defined by an inner surface of the shield pipe, the outer surfaces of the magnets and the outer surface of the rotor core is filled with resin, and the shield pipe is held so as to have a diameter greater than that of the circumscribed circle, due to the resin injection pressure. This resin tube increases the air gap.
Le brevet US7723887B2 décrit un rotor de moteur qui comprend des aimants disposés sur la surface de paroi périphérique d'un axe tournant du rotor de moteur. Les deux surfaces d'extrémité de l'axe tournant sont respectivement couplées à des éléments de fixation ; chacun des organes magnétiques comporte une première portion de fixation formée à chacune de ses deux extrémités ; et l'élément de fixation est pourvu d'une pluralité de deuxièmes parties de fixation correspondant en position aux premières parties de fixation, de sorte que chacun des éléments magnétiques est fermement fixé en position sur l'essieu tournant.Patent US7723887B2 describes a motor rotor that includes magnets disposed on the peripheral wall surface of a rotating shaft of the motor rotor. The two end surfaces of the rotating axis are respectively coupled to fixing elements; each of the magnetic members comprises a first fixing portion formed at each of its two ends; and the fixing member is provided with a plurality of second fixing parts corresponding in position to the first fixing parts, so that each of the magnetic members is firmly fixed in position on the rotating axle.
La demande de brevet WO2013114431 décrit un rotor comportant des aimants de forme cylindrique, un premier support d'aimant et un deuxième support d'aimant qui possède une partie extrémité côté élément de détection de position magnétique de l'aimant, une culasse arrière disposée côté interne de l'aimant, un palier à coussinet-douille disposé côté interne de la culasse arrière.Patent application WO2013114431 describes a rotor comprising magnets of cylindrical shape, a first magnet support and a second magnet support which has an end part on the magnetic position detection element side of the magnet, a rear yoke arranged on the side internal of the magnet, a sleeve-bearing arranged on the internal side of the rear yoke.
Les solutions de l’art antérieur présentent un premier inconvénient qui est l’augmentation de l’entrefer. Les pièces de fixation des aimants forment une couronne ou des protubérances venant augmenter localement le diamètre et donc conduit à une augmentation de l’entrefer.The solutions of the prior art have a first drawback which is the increase in the air gap. The magnet fixing parts form a crown or protrusions which locally increase the diameter and therefore lead to an increase in the air gap.
Dans d’autres solutions, la fixation provoque des fuites magnétiques au niveau des fentes séparant deux aimants consécutifs, ce qui réduit les performances.In other solutions, the attachment causes magnetic leakage at the slots between two consecutive magnets, reducing performance.
Afin de répondre aux inconvénients de l’art antérieur, la présente invention concerne selon son acception la plus générale un rotor comportant une culasse constituée d’un matériau ferromagnétique et un axe, ladite culasse supportant N aimants,In order to address the drawbacks of the prior art, the present invention relates in its most general sense to a rotor comprising a yoke made of a ferromagnetic material and an axis, said yoke supporting N magnets,
lesdits aimants étant maintenus de part et d’autre de leurs extrémités axiales par au moins un flasque présentant à l’une de ses périphéries N griffes s’épanouissant dans la direction axiale caractérisé en ce quesaid magnets being held on either side of their axial ends by at least one flange having at one of its peripheries N claws expanding in the axial direction characterized in that
• lesdits aimants étant aimantés radialement ou selon une aimantation tournante générant un champ principal radial, la largeur des aimants étant au moins trois fois supérieure à la distance séparant deux aimants adjacents à la périphérie du rotor,• said magnets being magnetized radially or according to a rotating magnetization generating a radial main field, the width of the magnets being at least three times greater than the distance separating two adjacent magnets at the periphery of the rotor,
• la surface intérieure de chacun desdits aimants étant disposée contre la périphérie de ladite culasse,• the interior surface of each of said magnets being placed against the periphery of said yoke,
• l’enveloppe périphérique desdites griffes est inscrite, après assemblage, dans l’enveloppe tubulaire inscrivant lesdits aimants, lesdites griffes venant en contact contraint avec une partie de la surface extérieure de l’aimant.• the peripheral envelope of said claws is inscribed, after assembly, in the tubular envelope inscribing said magnets, said claws coming into forced contact with part of the exterior surface of the magnet.
Dans une variante, la section desdits aimants est bombée, ladite enveloppe tubulaire présente un rayon correspondant au rayon passant par le sommet de la partie bombée des aimants, et lesdites griffes viennent s’appuyer sur deux aimants consécutifs, à cheval sur la fente séparant lesdits deux aimants consécutifs.In a variant, the section of said magnets is curved, said tubular envelope has a radius corresponding to the radius passing through the top of the curved part of the magnets, and said claws come to rest on two consecutive magnets, straddling the slot separating said two consecutive magnets.
En alternative possible, la section desdits aimants est rectangulaire, ladite enveloppe tubulaire présente un rayon correspondant au rayon passant par l’arête extérieure des aimants, et lesdites griffes viennent s’appuyer sur une zone médiane d’un aimant.As a possible alternative, the section of said magnets is rectangular, said tubular envelope has a radius corresponding to the radius passing through the outer edge of the magnets, and said claws come to rest on a central zone of a magnet.
En complément, dans une variante, lesdites griffes sont déformables élastiquement et configurés pour présenter, avec le profil desdits aimants, une interférence croissante en fonction de l’engagement axial du flasque sur ladite culasse.In addition, in a variant, said claws are elastically deformable and configured to present, with the profile of said magnets, an increasing interference as a function of the axial engagement of the flange on said cylinder head.
Dans une variante :In a variation:
- ladite culasse présente des cavités de section trapézoïdale avec une grande base de forme arquée- said cylinder head has cavities of trapezoidal section with a large base of arcuate shape
- lesdits flasques présentent un anneau périphérique formés de segments arqués s’étendant sur une largeur angulaire comprise entre 0.5 fois et 2 fois la largeur angulaire d’un aimant, lesdits segments arqués reliés par des segments déformables, chacun desdits segments arqués présentant deux griffes venant s’appuyer sur la surface extérieure d’un ou deux aimants, en s’inscrivant à l’intérieur de l’enveloppe tubulaire de la structure aimantée,- said flanges have a peripheral ring formed of arcuate segments extending over an angular width of between 0.5 times and 2 times the angular width of a magnet, said arcuate segments connected by deformable segments, each of said arcuate segments having two claws coming rest on the exterior surface of one or two magnets, fitting inside the tubular envelope of the magnetized structure,
- chaque segment arqué est replié du côté opposé à la griffe pour former une cale dont la face extérieure est inclinée, dans le plan radial, pour forcer le déplacement centripète dudit segment arqué par l’effort exercé sur ladite cale par le bord extérieur de la cavité correspondante, lors de l’engagement axial dudit flasque sur ladite culasse.- each arcuate segment is folded on the side opposite the claw to form a wedge whose exterior face is inclined, in the radial plane, to force the centripetal movement of said arcuate segment by the force exerted on said wedge by the exterior edge of the corresponding cavity, during the axial engagement of said flange on said cylinder head.
En particulier pour cette variante, lesdits aimants sont bombés et en ce que lesdites griffes viennent en appui sur la surface extérieure de deux aimants consécutifs, en s’inscrivant à l’intérieur de l’enveloppe tubulaire de la structure aimantée, lesdites cales étant positionnées angulairement entre deux griffes consécutives.In particular for this variant, said magnets are curved and in that said claws come to rest on the exterior surface of two consecutive magnets, fitting inside the tubular envelope of the magnetized structure, said wedges being positioned angularly between two consecutive claws.
En alternative, lesdits aimants sont de section rectangulaire et en ce que lesdites griffes viennent en appui au centre de la surface extérieure d’un aimant, en s’inscrivant à l’intérieur de l’enveloppe tubulaire de la structure aimantée, lesdites cales étant alignées angulairement avec lesdites griffes.Alternatively, said magnets are of rectangular section and in that said claws come to rest at the center of the exterior surface of a magnet, fitting inside the tubular envelope of the magnetized structure, said wedges being angularly aligned with said claws.
Dans toutes les variantes compatibles, une caractéristique supplémentaire est que lesdits aimants sont de section constante sur toute leur longueur.In all compatible variants, an additional characteristic is that said magnets have a constant section over their entire length.
Dans toutes les variantes compatibles, lesdites griffes sont formées par des lames s’étendant perpendiculairement à la surface dudit flasque et présentent une extrémité de largeur décroissante.In all compatible variants, said claws are formed by blades extending perpendicular to the surface of said flange and have an end of decreasing width.
En particulier, ledit flasque présente au niveau de l’arête de pliage de chacune desdites griffes une nervure radiale.In particular, said flange has a radial rib at the level of the folding edge of each of said claws.
Dans toutes les variantes compatibles, lesdits aimants présentent une surface extérieure bombée.In all compatible variants, said magnets have a curved exterior surface.
Dans une variante, lesdites griffes présentent une forme tridimensionnelle de coins apte à s’engager dans l’espace compris entre les flancs latéraux de deux aimants consécutifs.In a variant, said claws have a three-dimensional corner shape capable of engaging in the space between the lateral flanks of two consecutive magnets.
L’invention concerne également une machine électrique comportant un stator et un rotor présentant une ou combinaison des caractéristiques précédemment décrites.The invention also relates to an electric machine comprising a stator and a rotor having one or a combination of the characteristics previously described.
En particulier, le rotor est situé à l’intérieur du stator.In particular, the rotor is located inside the stator.
En alternative, le rotor est situé à l’extérieur du stator.Alternatively, the rotor is located outside the stator.
L’invention concerne également un capteur magnétique comportant une sonde magnétosentible et un rotor présentant une ou combinaison des caractéristiques précédemment décrites.The invention also relates to a magnetic sensor comprising a magnetosensible probe and a rotor having one or a combination of the characteristics previously described.
On entend par surface intérieure de l’aimant, la surface en contact avec la culasse du rotor, la surface opposée étant la surface extérieure de l’aimant. On entend ainsi par enveloppe tubulaire inscrivant les aimants un tube dont les surfaces cylindriques intérieure et extérieure permettent de contenir l’intégralité des aimants, c’est-à-dire qu’aucune surface intérieure ou extérieure de n’importe lequel des aimants ne traversera l’une ou l’autre des surfaces cylindriques de l’enveloppe tubulaire.By internal surface of the magnet we mean the surface in contact with the yoke of the rotor, the opposite surface being the external surface of the magnet. We thus understand by tubular envelope inscribing the magnets a tube whose interior and exterior cylindrical surfaces make it possible to contain all of the magnets, that is to say that no interior or exterior surface of any of the magnets will pass through. one or other of the cylindrical surfaces of the tubular envelope.
Description détaillée d’un exemple non limitatif de réalisationDetailed description of a non-limiting example of production
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, concernant un exemple non limitatif de réalisation illustré par les dessins annexés où :The present invention will be better understood on reading the description which follows, concerning a non-limiting example of embodiment illustrated by the appended drawings where:
La
Cette culasse (10) présente une forme générale cylindrique, éventuellement évidé par des poches (17) pour réduire son poids et son inertie. Il est lié à un axe (11) supporté par des paliers (12, 13). La surface circonférentielle (14) de la culasse (10) présente des facettes (15) de forme complémentaire à la face arrière (51) des aimants (50). Le rotor comporte N aimants (50) et la culasse (10) présente N facettes (15) complémentaires.This cylinder head (10) has a general cylindrical shape, possibly hollowed out by pockets (17) to reduce its weight and its inertia. It is linked to an axis (11) supported by bearings (12, 13). The circumferential surface (14) of the yoke (10) has facets (15) of complementary shape to the rear face (51) of the magnets (50). The rotor comprises N magnets (50) and the yoke (10) has N complementary facets (15).
Optionnellement, la culasse (10) présente des nervures axiales (16) formant des protubérances radiales disposées entre les facettes (10) consécutives pour faciliter le positionnement des aimants (50) qui viennent se coller magnétiquement sur les facettes (15). L’épaisseur de ces nervures axiales (16) est inférieure la moitié de l’épaisseur des aimants (50). Bien entendu, dans le cas où les aimants sont aimantés après leur positionnement sur le rotor, l’homme de métier n’aurait aucune difficulté à trouver une solution temporaire de maintien en position avant leur bridage final.Optionally, the yoke (10) has axial ribs (16) forming radial protuberances arranged between the consecutive facets (10) to facilitate the positioning of the magnets (50) which stick magnetically to the facets (15). The thickness of these axial ribs (16) is less than half the thickness of the magnets (50). Of course, in the case where the magnets are magnetized after their positioning on the rotor, the skilled person would have no difficulty in finding a temporary solution for holding them in position before their final clamping.
Les aimants (50) sont des aimants surfaciques, formés par des éléments disposés tangentiellement sur la surface circonférentielle de la culasse (10), et aimantés radialement ou avec une aimantation tournante à composante principale radiale. La dimension tangentielle L des aimants (50) est au moins deux fois supérieure à la dimension radiale l de l’aimant (50). Deux aimants (50) consécutifs sont séparés par un intervalle (52) correspondant à la largeur des nervures (16). Après assemblage, les aimants (50) forment un assemblage ressemblant aux boudoirs d’une charlotte aux fraises, avec une succession d’aimants (50) dont la surface extérieure définie une enveloppe tubulaire (55) entrecoupée par des intervalles de faible largeur.The magnets (50) are surface magnets, formed by elements arranged tangentially on the circumferential surface of the yoke (10), and magnetized radially or with a rotating magnetization with a radial main component. The tangential dimension L of the magnets (50) is at least twice greater than the radial dimension l of the magnet (50). Two consecutive magnets (50) are separated by an interval (52) corresponding to the width of the ribs (16). After assembly, the magnets (50) form an assembly resembling the boudoirs of a strawberry charlotte, with a succession of magnets (50) whose exterior surface defines a tubular envelope (55) intersected by intervals of small width.
La surface extérieure (54) des aimants (50) est optionnellement bombée et convexe, avec un rayon de courbure inférieur au rayon de l’enveloppe tubulaire (55) ; elle peut aussi être plane.The exterior surface (54) of the magnets (50) is optionally curved and convex, with a radius of curvature less than the radius of the tubular envelope (55); it can also be flat.
Assemblage et maintien des aimants (50) sur la culasse (10)Assembling and holding the magnets (50) on the cylinder head (10)
L’invention porte plus particulièrement sur la liaison entre les aimants (50) et la culasse (10).The invention relates more particularly to the connection between the magnets (50) and the yoke (10).
Cette liaison est assurée par deux flasques (20, 30) présentant des griffes (21, 31) s’étendant dans des directions axiales, sensiblement perpendiculairement au plan de la zone discale (22, 32) des flasques (20, 30).This connection is ensured by two flanges (20, 30) having claws (21, 31) extending in axial directions, substantially perpendicular to the plane of the disc zone (22, 32) of the flanges (20, 30).
Ces flasques (20, 30) sont engagés axialement sur la culasse (10), de part et d’autre de la culasse (10). Les griffes (21, 31) sont repliées avec un angle rentrant par rapport à la périphérie de la zone discale (22, 32), inférieur à 90°, typiquement entre 80° et 88° avant assemblage et engagement des flasques (20, 30) sur les aimants (50).These flanges (20, 30) are engaged axially on the cylinder head (10), on either side of the cylinder head (10). The claws (21, 31) are folded with a re-entrant angle relative to the periphery of the disc area (22, 32), less than 90°, typically between 80° and 88° before assembly and engagement of the flanges (20, 30). ) on the magnets (50).
Les griffes (21, 31) présentent une extrémité (23, 33) de largeur décroissante, définissant deux arêtes (26, 25 ; 35, 36) convergentes.The claws (21, 31) have an end (23, 33) of decreasing width, defining two converging edges (26, 25; 35, 36).
Lors de l’engagement des griffes (21, 31) sur la surface extérieure des aimants (54), le contact intervient d’abord dans une zone de contact (28, 29 ; 38, 39) correspondant à l’intersection de la face intérieure (27, 37) de la griffe (21, 31) d’une part, avec les surfaces extérieures courbes des deux aimants adjacents (54). En exerçant une pression sur les flasques (20, 30), les griffes se déforment radialement, l’angle par rapport à la périphérie de la zone discale (22, 32) augmentant, et les zones de contact (28, 29 ; 38, 39) se déplacent le long des deux arêtes (26, 25 ; 35, 36), les zones de contact (28, 29 ; 38, 39) étant alors optionnellement plus longue que lors du contact initiale lorsque le profil des extrémités (23, 33) est dessiné pour être congruent avec la surface d’atterrissage sur les surfaces extérieures des aimants adjacents (54).When engaging the claws (21, 31) on the exterior surface of the magnets (54), the contact first occurs in a contact zone (28, 29; 38, 39) corresponding to the intersection of the face interior (27, 37) of the claw (21, 31) on the one hand, with the curved exterior surfaces of the two adjacent magnets (54). By exerting pressure on the flanges (20, 30), the claws deform radially, the angle relative to the periphery of the disc zone (22, 32) increasing, and the contact zones (28, 29; 38, 39) move along the two edges (26, 25; 35, 36), the contact zones (28, 29; 38, 39) then being optionally longer than during the initial contact when the profile of the ends (23, 33) is designed to be congruent with the landing surface on the exterior surfaces of adjacent magnets (54).
Lorsque cette position d’engagement des deux flasques est atteinte, les aimants (50) sont fermement maintenus par les efforts radiaux exercés par la flexion élastique des griffes (21, 31), et la totalité de la surface extérieure (24, 34) des griffes (21, 31) est totalement inscrite dans l’enveloppe tubulaire (55) des aimants (50), sans pénétrer dans l’entrefer entre le rotor et le stator. Les griffes exercent ainsi une force radiale suffisante pour supporter les forces centrifuges s’appliquant sur les aimants lorsque le moteur est utilisé à son point de travail maximum en vitesse. L’angle de pliage des griffes ne dépasse pas 90°.Dans cette position d’engagement, l’interférence entre les griffes (21, 31) et les surfaces extérieures des aimants (51) est maximale.When this engagement position of the two flanges is reached, the magnets (50) are firmly held by the radial forces exerted by the elastic bending of the claws (21, 31), and the entire exterior surface (24, 34) of the claws (21, 31) is completely embedded in the tubular envelope (55) of the magnets (50), without penetrating into the air gap between the rotor and the stator. The claws thus exert sufficient radial force to support the centrifugal forces applying to the magnets when the motor is used at its maximum working speed. The folding angle of the claws does not exceed 90°. In this engagement position, the interference between the claws (21, 31) and the exterior surfaces of the magnets (51) is maximum.
La zone discale (22, 32) du flasque (20, 30) présente par ailleurs une protubérance annulaire (18, 19) pour le guidage sur l’axe (11) et d’appui axial et de butée pour les paliers (12, 13).The disc zone (22, 32) of the flange (20, 30) also has an annular protuberance (18, 19) for guiding on the axis (11) and axial support and stop for the bearings (12, 13).
Variante de réalisation pour augmenter la raideur des griffes (21, 31)Variant embodiment to increase the stiffness of the claws (21, 31)
Selon une première variante, illustrée par la
Selon une deuxième variante, illustrée par la
Les griffes (21, 31) présentent une encoche complémentaire (71) qui vient s’engager sur cette excroissance radiale (70) pour former une butée radiale de l’extrémité de la griffe (21, 31) et empêcher son écartement inopiné.The claws (21, 31) have a complementary notch (71) which engages on this radial protuberance (70) to form a radial stop of the end of the claw (21, 31) and prevent its unexpected separation.
Les flasques (20, 30) peuvent être réalisés par découpe et estampage d’une tôle métallique, de préférence amagnétique, par exemple une tôle d’acier ou en aluminium.The flanges (20, 30) can be made by cutting and stamping a metal sheet, preferably non-magnetic, for example a steel or aluminum sheet.
Les zones discales (22, 32) des flasques (20, 30) sont de préférence pleines pour obturer les poches (17) et réduire les turbulences sources de bruit aérauliques.The disc areas (22, 32) of the flanges (20, 30) are preferably full to close the pockets (17) and reduce turbulence sources of airflow noise.
Accessoirement, ces flasques (20, 30) peuvent recevoir un balourd par brasage ou par usinage pour réaliser un équilibrage du rotor.Incidentally, these flanges (20, 30) can receive an unbalance by brazing or by machining to balance the rotor.
Ces deux variantes sont particulièrement avantageuses pour les moteurs à haute vitesse.These two variants are particularly advantageous for high-speed motors.
Variante de réalisation avec flasques déformables radialementVariant design with radially deformable flanges
Dans les variantes décrites ci-dessus, les griffes (21, 31) sont, au repos, légèrement rentrantes par rapport à un flasque (20, 30) dont le diamètre extérieur correspond au diamètre de l’enveloppe tubulaire dans laquelle s’inscrit l’assemblage des aimants (50). L’engagement axial du flasque provoque la déformation centrifuge de l’extrémité des griffes (21, 31), par l’interférence croissante avec la surface tubulaire des aimants (50).In the variants described above, the claws (21, 31) are, at rest, slightly recessed relative to a flange (20, 30) whose external diameter corresponds to the diameter of the tubular envelope in which the assembly of the magnets (50). The axial engagement of the flange causes the centrifugal deformation of the ends of the claws (21, 31), through the increasing interference with the tubular surface of the magnets (50).
Une variante de réalisation alternative, tel que présentée dans figures 8 à 11 ou 12, consiste à prévoir un flasque (20, 30) présentant avant assemblage un diamètre légèrement supérieur au diamètre de l’enveloppe tubulaire dans laquelle est inscrit l’assemblage d’aimants, avec des zones déformables permettant une réduction du diamètre après assemblage, jusqu’à un diamètre correspondant à celui de l’enveloppe tubulaire de l’assemblage d’aimants.An alternative embodiment, as presented in Figures 8 to 11 or 12, consists of providing a flange (20, 30) having before assembly a diameter slightly greater than the diameter of the tubular envelope in which the assembly of magnets, with deformable zones allowing a reduction in the diameter after assembly, up to a diameter corresponding to that of the tubular envelope of the magnet assembly.
Pour ces variantes de réalisation où le flasque (20, 30) est de diamètre variable, les griffes (21, 31) sont appuyées contre la surface extérieure des aimants (50) moins par déformation élastique (elles pourraient même être rigides) mais plutôt par le rapprochement provoqué par la déformation centripète du flasque (20, 30).For these alternative embodiments where the flange (20, 30) is of variable diameter, the claws (21, 31) are pressed against the exterior surface of the magnets (50) less by elastic deformation (they could even be rigid) but rather by the rapprochement caused by the centripetal deformation of the flange (20, 30).
Cette déformation du flasque (20, 30) peut être réalisée par une découpe alternant des segments annulaires arqués (91) et des segments déformables (92). Ces segments déformables (92) sont par exemple formés par des découpes de bandes en forme de « S » permettant d’absorber un rapprochement de deux segments annulaires arqués (91) consécutifs. Ces segments annulaires arqués (91) et ces segments déformables (92) définissent un anneau déformable dont le diamètre peut être réduit. Les segments annulaires arqués (91) se prolongent jusqu’à une zone centrale pour le passage de l’axe (11), par des pointes reliées entre elles par des liaisons (94) annulaires.This deformation of the flange (20, 30) can be carried out by cutting alternating arcuate annular segments (91) and deformable segments (92). These deformable segments (92) are for example formed by cutouts of “S”-shaped strips making it possible to absorb a rapprochement of two consecutive arcuate annular segments (91). These arcuate annular segments (91) and these deformable segments (92) define a deformable ring whose diameter can be reduced. The arcuate annular segments (91) extend to a central zone for the passage of the axis (11), by points connected together by annular connections (94).
La largeur angulaire des segments annulaires arqués (91) est comprise entre une fois et deux fois la largeur angulaire d’un aimant (50), les segments déformables (92) occupant la largeur angulaire complémentaire. La déformation peut être dans le plan du flasque (20, 30), ou dans une direction perpendiculaire.The angular width of the arcuate annular segments (91) is between one and two times the angular width of a magnet (50), with the deformable segments (92) occupying the complementary angular width. The deformation can be in the plane of the flange (20, 30), or in a perpendicular direction.
Chaque segments arqués (91) présente deux griffes (21) venant s’appuyer sur la surface extérieure (54) d’un ou deux aimants, en s’inscrivant à l’intérieur de l’enveloppe périphérique de la structure aimantée.Each arcuate segment (91) has two claws (21) resting on the exterior surface (54) of one or two magnets, fitting inside the peripheral envelope of the magnetized structure.
La modification du diamètre du flasque (20, 30) résulte de l’interaction avec la culasse (10) lors de son engagement axial.The modification of the diameter of the flange (20, 30) results from the interaction with the cylinder head (10) during its axial engagement.
La culasse (10) présente des cavités (17) de section trapézoïdale avec un grande base de forme arquée présentant une largeur angulaire inférieure à la largeur angulaire d’un aimant (50). La surface arquée extérieure contraint, lors de l’engagement du flasque (20, 30) sur la culasse (10), le déplacement centripète d’une cale (93) formée par repliement du segment arqué (91), du côté opposé à la griffe (21). Cette cale (93) dont la face extérieure (95) est inclinée, dans le plan radial (c’est-à-dire le plan contenant à la fois l’axe de rotation et un rayon passant par le centre de masse d’une cale), force le déplacement centripète dudit segment arqué (91) correspondant par l’effort exercé sur ladite cale (93) par le bord extérieur (87) de la cavité (17) correspondante, lors de l’engagement axial dudit flasque sur ladite culasse (10), et l’écrasement des secteurs déformables (92) situés entre deux segments arqués (91) consécutifs. Cette déformation assure mécaniquement le rapprochement des griffes (21, 31) contre la surface des aimants (50). Les figures 10 et 11 présentent une vue de détail en coupe dans un plan parallèle au plan radial, mais légèrement décalé au sein d’une cavité (17), de manière à pouvoir observer l’insertion d’une cale (93) au sein de ladite cavité (17). La
On peut noter que lorsque les flasques (20, 30) sont complètement engagées sur la culasse (10) du rotor (1), la contrainte s’exerçant entre les prolongements (93) et les parois extérieures des cavités (17) est maximale.It can be noted that when the flanges (20, 30) are completely engaged on the cylinder head (10) of the rotor (1), the stress exerted between the extensions (93) and the exterior walls of the cavities (17) is maximum.
Dans une première réalisation, représentée par les figures 8 à 11, les aimants (50) sont bombés et les griffes (21, 31) viennent en appui sur la surface extérieure de deux aimants (50) consécutifs, en s’inscrivant à l’intérieur de l’enveloppe périphérique de la structure aimantée, lesdites cales (93) étant positionnées angulairement entre deux griffes consécutives (21, 31).In a first embodiment, represented by Figures 8 to 11, the magnets (50) are curved and the claws (21, 31) come to bear on the exterior surface of two consecutive magnets (50), registering at the interior of the peripheral envelope of the magnetic structure, said wedges (93) being positioned angularly between two consecutive claws (21, 31).
Dans une deuxième réalisation, représentée par la
Optionnellement et comme plus particulièrement visible sur les figures 9 et 10, le flasque (20, 30) peut être munie d’ailettes (90) s’étendant à la surface discale pour assurer le refroidissement.Optionally and as more particularly visible in Figures 9 and 10, the flange (20, 30) can be provided with fins (90) extending to the disc surface to ensure cooling.
Le rotor décrit ci-dessus, dans ses différentes variantes visées, est applicable à la réalisation d’un capteur. La
La particularité de la culasse (10) est que l’axe est creux pour permettre à l’accouplement à l’axe d’un organe entraînant. Les aimants (50) sont généralement plus nombreux, mais plus fins que dans l’application à un moteur. Une sonde magnétosensible (80) montée sur un circuit imprimé (81) est positionnée en face de la surface enveloppante (55) des aimants (50). La surface extérieure des aimants (50) est configurée pour produire une variation sinusoïdale du champ magnétique lors de son déplacement.The particularity of the cylinder head (10) is that the axis is hollow to allow coupling to the axis of a driving member. The magnets (50) are generally more numerous, but thinner than in the application to a motor. A magnetosensitive probe (80) mounted on a printed circuit (81) is positioned opposite the enveloping surface (55) of the magnets (50). The outer surface of the magnets (50) is configured to produce a sinusoidal variation of the magnetic field as it moves.
Par rapport à un rotor destiné à un moteur, le rotor d’un capteur tourne généralement à une vitesse angulaire plus faible, mais présente un plus grand diamètre. En conséquence la vitesse périphérique peut conduire, comme dans les applications « moteur » à des forces centrifuges s’exerçant sur les aimants (50) relativement importants, ce qui justifie l’emploi d’un maintien par des griffes telles que proposées par la présente invention.Compared to a rotor intended for a motor, the rotor of a sensor generally rotates at a lower angular speed, but has a larger diameter. Consequently, the peripheral speed can lead, as in “motor” applications, to relatively significant centrifugal forces exerted on the magnets (50), which justifies the use of retention by claws such as those proposed herein. invention.
La
Claims (16)
caractérisé en ce que
- lesdits aimants (50) étant aimantés radialement ou selon une aimantation tournante générant un champ principal radial, la largeur des aimants (50) étant au moins trois fois supérieure à la distance séparant deux aimants (50) adjacents à la périphérie du rotor (10),
- la surface intérieure (51) de chacun desdits aimants (50) étant disposées contre la périphérie de ladite culasse (10),
- l’enveloppe périphérique desdites griffes (21, 31) est inscrite, après assemblage, dans l’enveloppe tubulaire (55) inscrivant lesdits aimants (50), lesdites griffes (21, 31) venant en contact contraint avec une partie de la surface extérieure (54) de l’aimant (50).
characterized in that
- said magnets (50) being magnetized radially or according to a rotating magnetization generating a radial main field, the width of the magnets (50) being at least three times greater than the distance separating two magnets (50) adjacent to the periphery of the rotor (10) ,
- the interior surface (51) of each of said magnets (50) being arranged against the periphery of said yoke (10),
- the peripheral envelope of said claws (21, 31) is inscribed, after assembly, in the tubular envelope (55) inscribing said magnets (50), said claws (21, 31) coming into forced contact with a part of the exterior surface (54) of the magnet (50).
- ladite culasse (10) présente des cavités (17) de section trapézoïdale avec unegrande base de forme arquée
- lesdits flasques (20, 30) présentent un anneau périphérique formés de segments arqués (91) s’étendant sur une largeur angulaire comprise entre 0.5 fois et 2 fois la largeur angulaire d’un aimant (50), lesdits segments arqués (91) reliés par des segments déformables (92), chacun desdits segments arqués (91) présentant deux griffes (21) venant s’appuyer sur la surface extérieure (54) d’un ou deux aimants, en s’inscrivant à l’intérieur de l’enveloppe tubulaire (55) de la structure aimantée,
- chaque segment arqué (91) est replié du coté opposée à la griffe (21) pour former une cale (93) dont la face extérieure est inclinée, dans le plan radial, pour forcer le déplacement centripète dudit segment arqué (91) par l’effort exercé sur ladite cale (93) par le bord extérieur de la cavité (17) correspondante, lors de l’engagement axial dudit flasque sur ladite culasse (10).
- said cylinder head (10) has cavities (17) of trapezoidal section with a large base of arcuate shape
- said flanges (20, 30) have a peripheral ring formed of arcuate segments (91) extending over an angular width of between 0.5 times and 2 times the angular width of a magnet (50), said arcuate segments (91) connected by deformable segments (92), each of said arcuate segments (91) having two claws (21) coming to rest on the exterior surface (54) of one or two magnets, fitting inside the tubular envelope (55) of the magnetic structure,
- each arcuate segment (91) is folded on the side opposite the claw (21) to form a wedge (93) whose exterior face is inclined, in the radial plane, to force the centripetal movement of said arcuate segment (91) by the force exerted on said wedge (93) by the outer edge of the corresponding cavity (17), during the axial engagement of said flange on said cylinder head (10).
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WO2024094801A1 (en) | 2024-05-10 |
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Legal Events
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