Brevet FR2604312A1 — publié le 19880325

Rotor à aimants La présente invention est relative à la constitution d'un rotor à aimants faisant partie d'une machine électrique synchrone. L'invention concerne plus particulièrement la fixation d'aimants sur un rotor magnétique. La fixation d'aimants, à la périphérie d'un rotor magnétique, au moyen d'une frette en matériau amagnétique ou en matériau composite, est bien connue. Ce mode de fixation présente l'inconvénient d'apporter l'équivalent magnétique d'une clame d'air n entre le stator et le rotor, cette lame d'air correspondant à l'épaisseur de la frette augmentée d'un certain jeu inévitable. L'épaisseur de la frette est relativement importante dans le cas de machines courtes à vitesse périphérique élevée, d'où une lame d'air importante. Or on a toujours intérêt à diminuer la lame d'air dont la présence augmente la réluctance des circuits magnétiques et nécessite pour obtenir un flux magnétique donné, l'augmentation de la quantité des aimants entrainant un accroissement du coût du moteur. On a envisagé de réaliser des frettes constituées de rondelles de tôle empilées axialement. Cette disposition permet de disposer d'un matériau économique et convenablement écroui, mais ne résoud pas le problème de la lame d'air. Un but de l'invention est de réaliser un rotor muni d'aimants dont le moyen de fixation présente une épaisseur équivalente de lame d'air très réduite. L'invention a pour objet un rotor à aimants caractérisé en ce qu'il comprend un corps cylindrique magnétique entouré par un assemblage de tôles ayant la forme générale d'au moins une portion de couronne, les tôles étant disposées coaxialement audit corps et munies de découpes entre lesquelles sont glissés des aimants. L'invention sera bien comprise par la description ci-après de divers modes de réalisation de l'invention, en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue en coupe par un plan perpendiculaire à son axe (coupe transversale) d'un rotor selon un premier mode de réalisa tion de l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe transversale d'un rotor selon un second mode de réalisation, - la figure 3 est une vue partielle en coupe transversale d'un rotor selon un troisième mode de réalisation, - la figure 4 est une vue en coupe transversale d'un rotor selon un quatrième mode de réalisation, - la figure 5 est une vue en plan d'une tôle composite utilisée dans un autre mode de réalisation de rotor selon l'invention. - la figure 6 est une vue schématique partielle en élévation d'un rotor selon une autre variante de réalisation, - les figures 7 et 8 représentent des tôles utilisées dans un autre mode de réalisation du rotor de l'invention, - les figures 9 à 12 sont des vues en coupe transversale et axiale illustrant un procédé de fabrication d'un rotor selon un autre mode de réalisation. La figure 1 représente un rotor de machine réalisé selon un premier mode de réalisation. Il comprend un corps métallique cylindrique 1 en matériau magnétique. Autour de ce corps est disposé un empilage de tôles amagnétiques 2, chaque tôle ayant la forme d'une couronne munie d'échancrures définissant des dents 3 et entre lesquelles sont glissés des aimants 4. Les dents sont terminées par des queues d'aronde 5 les tôles étant glissées dans des rainures du corps métallique. Les tôles 2 peuvent constituer comme dans la figure 1 une couronne complète (360 degrés). En variante, les tôles ne peuvent constituer qu'une portion de couronne, par exemple 90 degrés, comme représenté dans la figure 2 où l'on voit l'emploi de 4 empilages de tôles 21, 22, 23 et 24. Bien entendu, la forme en queue d'aronde des extrémités 5 des dents et des rainures correspondantes n'est qu'un exemple nullement limitatif. On peut envisager toute variante, en particulier (figure 3) une extrémité circulaire 35 des dents coopérant avec des rainures partiellement cylindriques du corps du rotor. La figure 4 représente une autre variante de réalisation dans laquelle le corps cylindrique 1 est entouré d'un empilage de tôles 40, ayant la forme générale d'une couronne, avec bande intérieure fermée 40A, dans laquelle sont pratiqués des découpes de préférence rectangulaires 41 pour recevoir des aimants 4. Chaque découpe est munie, du côté extérieur, d'une fente 42. Les tôles 40 chauffées, sont empilées autour du corps 1. Après refroidissement elles viennent enserrer ce dernier. Les aimants sont alors enfilés dans les alvéoles ainsi constitués. Les fentes sont destinées à limiter les contraintes subies par les tôles au cours du montage. On peut limiter la réluctance de l'empilage en utilisant deux types de tôles à savoir des tôles telles que 40, totalement amagnétiques et des tôles 51 comprenant deux parties séparées comme le montre la figure 5, à savoir - une couronne extérieure 51A en matériau amagnétique, munie d'alvéoles pour le passage des aimants, - une couronne intérieure 51B, en matériau magnétique, dont le diamètre extérieur est égal au diamètre intérieur de la couronne 51A. Les tôles de type 40 et celles de type 51 sont disposées alternativement comme le montre la figure 6. Une telle disposition assure une réluctance réduite en permettant au flux magnétique de passer par les parties 51B. Lorsque le rotor de l'invention est de petite taille, les tôles 40 et 51 sont des couronnes. Lorsque le rotor est de grande dimension, on utilise des sections de couronnes (par exemple correspondant à un quart ou un sixième de circonférence). La figure 7 représente un élément de couronne 40' (du type 40) et la figure 8 un élément de couronne (51') du type 51 avec ses deux parties 51'A (amagnétique) et 51'B magnétique. Dans les deux cas la couronne est un quart de circonférence. Le montage du rotor s'effectue ainsi. On réalise un empilage alterné des tôles 40t et 51' de manière à constituer un bloc com pact (figures 9 et 10) dont la rigidité est assurée par des tirants tel que 60 passant dans les alvéoles et exerçant une pression de serrage très élevées des tôles les unes contre les autres. D'une tôle à l'autre, les tôles sont angulairement décalées pour que les bords radiaux 42, (fig.7) 52A, 52B (fig.8) ne soient pas tous alignés. Le bloc compact 70 des figures 9 et 10 est chauffé et enfilé (fig.11) sur un corps de rotor 71 qui comprend à une extrémité une butée 72 et à l'autre extrémité une partie filetée 74. Après que le bloc 70 soit venu en butée contre la partie 72, un écrou avec rondelles 76, est vissé sur la partie 74 (figure 12) avec une force supérieure à celle de serrage des tirants. Ceux-ci sont alors retirés. Après refroidissement, les aimants 80 sont enfilés dans les alvéoles et éventuellement calés par des lames de cuivre 81 servant d'amortisseur. Ces lames peuvent être réunies à chacune des extrémités du rotbr pour former des anneaux de court-circuit 82 et 83. On notera que les forces de frottement existant entre les tôles assurent une parfaite cohésion du bloc de tôles lui permettant de résister aux forces centrifuges à grande vitesse même si les tôles prises individuellement ne constituent qu'une fraction de couronne. Les divers modes de réalisation décrits en référence aux figures 1, 2, 3, 4, 6 et 11 présentent un avantage important - les aimants, étant enfilés en fin de montage, ne sont jamais soumis aux variations de température nécessitées par l'opération de frettage. Dans les divers modes décrits ci-dessus, l'épaisseur équivalente de lame d'air est réduite, par rapport aux réalisations de l'art antérieur, par un facteur compris entre 10 et 50. Il en résulte la possibilité de réaliser, à coût égal, des moteurs plus rapides parce que mieux excités. REVENDICATIONS 1/ Rotor à aimants caractérisé en ce qu'il comprend un corps cylindrique magnétique (1) entouré par un assemblage de tôles (2) ayant la forme générale d'au moins une portion de couronne, les tôles étant disposées coaxialement audit corps et munies de découpes entre lesquelles sont glissés des aimants (4). 2/ Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que les découpes définissent des dents (3) dont l'extrémité (5) s'engage dans des rainures du corps (1). 3/ Rotor selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'extrémité des dents (3) est en queue d'aronde. 4/ Rotor selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'extrémité des dents (3) comporte une portion de cercle (35). 5/ Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque tôle (40) est une couronne complète, avec bande fermée (40A) intérieurement aux alvéoles, les découpes (41) présentant une fente (42) débouchant vers l'extérieur. 6/ Rotor selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'assemblage comprend alternativement une tôle en matériau amagnétique (40) et une tôle (51) comprenant une partie en matériau amagnétique (51A), munie d'alvéoles et une couronne intérieure jointive (5 lB) en matériau magnétique. 7/ Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque tôle est une fraction de couronne (40'), les tôles étant disposées, dans chaque plan, de manière adjacente de manière à constituer une couronne. 8/ Rotor selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'assemblage comprend alternativement des tôles en matériau amagnétique (40') et des tôles (51') comprenant une partie en matériau amagnétique (51'A) et une partie en matériau magnétique (51'B). 9/ Procédé de fabrication d'un rotor pour moteur à aimants permanents, caractérisé par les opérations suivantes - on réalise un corps cylindrique magnétique (71) muni à une extrémité d'une butée (72) et à l'extrémité opposée d'un filetage (74), - on confectionne un bloc (70) compact de tôles par empilage de tôles ayant la forme générale d'une portion de couronne munies de découpes à la périphérie extérieure, et par assemblage moyennant compression de ces tôles par des tirants (60) passant par les découpes en alignement, - on chauffe le bloc (70) et on l'enfile sur le corps (70) jusqutà venir contre la butée (72), - on serre le bloc (70) contre la butée par un écrou (75), - on retire les tirants (60), - on glisse dans les canaux constitués par les alvéoles des aimants permanents (80).