Brevet FR2775139A1 — publié le 19990820

I Etat de la technique L'invention concerne une machine synchrone, en particulier une génératrice pour un véhicule à moteur, avec un système d'excitation constitué par un certain nombre de pôles unitaires, excités de préférence électriquement, dans le rotor, se présentant sous la forme de pôle à griffes exci- té par un système d'excitation, de préférence par une bobine d'excitation commune, pôle à griffes dans le cas duquel pour compenser le flux de dispersion dans les espaces libres com- pris entre les pôles à griffes, orientés axialement les uns vers les autres, des platines polaires disposées aux extrémi- tés axiales du rotor on met en place des aimants permanents, qui sont soutenus par une fixation par rapport aux forces centrifuges et axiales et sont maintenus par celle-ci. Une machine synchrone de ce type est connue par le document DE 89 05 353 Ul. Dans ce document les aimants permanents sont orientés dans les espaces libres compris en- tre les pôles à griffes orientés les uns vers les autres au moyen de plaques de maintien vers les forces centrifuges. Les plaques de maintien sont insérées et fixées du côté du pour- tour dans des élargissements des pôles à griffes, tandis qu'elles prennent appui en étant tournées vers l'axe central de la machine sur un manchon amagnétique, qui entoure la bo- bine d'excitation. Cette construction des aimants permanents n'entraîne pas seulement un coût considérable de pièces qui est fonction du nombre des pôles de la machine synchrone mais elle entraîne aussi une dépense considérable de montage pour les plaques de maintien. Le rotor de la machine synchrone est en conséquence cher à fabriquer. En outre les aimants perma- nents ne sont pas orientés de façon univoque dans le sens axial contre des forces axiales de contact. Comme le montre le document US 5 543 676 il est déjà connu d'enfiler des aimants permanents ayant la forme d'un U entre la bobine d'excitation et les pôles à griffes, les branches latérales des aimants permanents étant introdui- tes dans les espaces libres compris entre les pôles à grif- fes. Ces aimants permanents ne vont que jusqu'au milieu axial des espaces libres, car on enfile un aimant permanent à par- tir de chaque pointe d'un pôle à griffes. Il est aussi connu d'avoir une fixation en forme de méandre et en forme d'anneau pour les aimants permanents, qui est préfabriquée sous la forme d'une unité et est enfilée lors du montage du rotor sur le noyau polaire avec l'enroule- ment d'excitation, avant que les platines polaires ne soient mises en place avec leurs pôles à griffes à partir des deux extrémités axiales. Dans ce cas on introduit les pôles à griffes dans les logements, ouverts axialement, de la fixa- tion, comme le montre le document UK 2 281 665 A. Cette fixa- tion connue a une construction compliquée et une fabrication coûteuse. En outre les aimants permanents et aussi la fixa- tion elle-même ne sont pas bloqués de façon nette contre les forces centrifuges et les forces axiales de contact. L'invention a pour objet de fournir pour une ma- chine synchrone du type mentionné au début une fixation pour les aimants permanents, qui soit simple et facile à cons- truire et puisse être de cette façon fabriquée de façon éco- nomique, mais ce faisant puisse être fixée de façon univoque radialement et axialement d'une manière simple lors du mon- tage du rotor. On résout ce problème selon l'invention grâce au fait que la fixation est formée à partir de deux bagues de maintien amagnétiques qui entourent au centre le système d'excitation, bagues de maintien, qui sont appliquées l'une à l'autre et qui s'étendent par leur contour extérieur jusqu'au côté inférieur des pôles à griffes, de telle sorte que des bras de maintien, qui s'étendent dans les espaces libres et qui vont jusqu'aux platines polaires et qui soutiennent les aimants permanents, sont repliés, bras de maintien dont les extrémités libres portent des languettes de maintien chan- freinées en direction de l'arbre du rotor et que ces languet- tes de maintien, de préférence dans des cavités correspondants, sont fixées sur les côtés intérieurs des pla- tines polaires, tournés les uns vers les autres. Les deux bagues de maintien peuvent être fabri- quées de façon aisée et économique avec leurs bras de main- tien et avec leurs languettes de maintien sous forme de piè- ces estampées et pliées. Les anneaux de maintien forment avec les bras de maintien et avec les languettes de maintien par espace libre un logement fermé à trois côtés, dans lequel on peut insérer des aimants permanents de forme parallélépi- pédique. Comme les languettes de maintien sont fixées sur les platines polaires, on a un maintien univoque aussi bien ra- dialement qu'axialement aussi pour la fixation formée à par- tir des deux bagues de maintien. Les bagues de maintien avec les aimants permanents peut être préfabriquées sous la forme d'unités et être fixées sur les platines polaires de telle manière qu'elles puissent être enfilées avec les platines po- laires sur les extrémités axiales du noyau polaire avec la bobine d'excitation. Pour cette fixation on n'a seulement be- soin d'avoir deux simples pièces estampées et pliées, dont la mise en place peut être intégré dans le processus de montage du rotor d'une manière simple. Selon une configuration il est prévu que les lan- guettes de maintien s'étendent jusque dans la zone frontale de la bobine d'excitation, les aimants permanents sont alors bloqués axialement dans les deux sens par les languettes de maintien. On peut renoncer à avoir une liaison fixe entre les languettes de maintien et les platines polaires quand il est prévu que les cavités présentent dans le sens radial des contre-dépouilles et que les languettes de maintien ont une forme qui s'adapte à la forme des cavités et sont insérées dedans. Si par contre la configuration est telle que les bagues de maintien sont fabriquées avec les bras de maintien et avec les languettes de maintien sous la forme de pièces estampées et pliées en une matière non ferromagnétique qui peut être soudée, on peut alors souder les languettes de maintien aussi dans les cavités avec les platines polaires. Lors de la fabrication des pièces estampées et pliées il y a lieu de veiller à ce que dans le cas d'un rotor avec des es- paces libres, parallèles à l'axe central de la machine, uni- tairement larges, entre les pôles à griffes, les bras de maintien et les languettes de maintien partent sur la bague de maintien en forme de rayons et sont repliées deux fois à angle droit, tandis que dans le cas d'un rotor avec des espa- ces libres entre les pôles à griffes unitairement larges, in- clinés de façon différente alternativement par rapport à l'axe central de la machine, les bras de maintien et les lan- guettes de maintien sont conçues et coudées selon l'inclinai- son de façon inclinée sur la bague de maintien. On peut améliorer la mise en appui et la stabili- té de la fixation dans la zone des bagues de maintien selon une configuration grâce au fait que sont formés sur les ba- gues de maintien entre les bras de maintien des appendices de maintien qui se dressent vers l'intérieur ou vers l'extérieur et qui sont repliés pour améliorer la stabilité des bagues de maintien. Si les bagues de maintien avec les aimants perma- nents et les platines polaires sont fabriquées en tant qu'unités, on arrive alors lors de l'emboîtage les uns dans les autres des pôles à griffes orientés les uns vers les au- tres lors du montage du rotor à ce que les bagues de maintien soient mises en file les unes après les autres de telle sorte que les bras de maintien passent directement les uns dans les autres. Les bras de maintien qui passent les uns dans les au- tres occupent alors les espaces libres d'une platine polaire à une platine polaire. Les bagues de maintien avec les bras de maintien et les languettes de maintien forment par espace libre deux logements disposés l'un derrière l'autre pour des aimants permanents. Si selon une configuration l'on prévoit que les bagues de maintien présentent entre des espaces libres voi- sins des sections respectivement repliées telles que celles- ci se tiennent perpendiculaires aux axes longitudinaux des espaces libres, on peut alors utiliser des aimants parallélé- pipédiques dans le cas d'espaces libres inclinés les uns par rapport aux autres, aimants permanents parallélépipédiques qui remplissent aussi complètement que possible les logements de la fixation. Les pôles à griffes ferment les logements de la fixation après le montage du rotor sur les deux côtés lon- gitudinaux. On peut améliorer la retenue des aimants perma- nents dans les logements de la fixation pour faciliter le montage grâce au fait que les aimants permanents sont mainte- nus par collage, par complémentarité de forme ou par engage- ment à friction dans la fixation. Dans le cas d'une configuration qui est caracté- risée par le fait que les côtés des pôles à griffes qui sont tournés vers la bobine d'excitation montent de façon plus raide en partant des platines polaires jusqu'au milieu du pôle à griffes que les sections de ces côtés qui vont jusqu'à la platine polaire respectivement opposée, il est possible dans le cas d'une petite perte de puissance d'utiliser des bagues de maintien avec une largeur radiale plus grande et de cette façon une stabilité plus grande. Par la construction en forme de sandwich des aimants permanents on augmente leur so- lidité. En outre on peut étager les couches magnétiques sur les aimants permanents réunis de telle sorte que les butées ou les moulures viennent en prise et puissent bloquer axiale- ment les aimants permanents. L'aimant permanent peut toute- fois être aussi conçu d'un seul tenant avec des rainures dans lesquelles viennent en prise les butées ou les moulures de la fixation. La présente invention va être décrite ci-après plus en détail à partir d'exemples de réalisation représentés sur les dessins annexés sur lesquels: * la figure 1 montre un premier exemple de réalisation de l'invention pour une pièce estampée, à partir de laquelle on peut obtenir par pliage une partie de la fixation en deux morceaux, * la figure 2 montre un deuxième exemple de réalisation de l'invention à partir duquel on peut fabriquer par pliage une partie de la fixation en deux morceaux, * les figures 3 et 4 montrent les deux pièces estampées et pliées de la fixation en deux morceaux selon une représen- tation en perspective, * la figure 5 montre les deux pièces estampées et pliées se- lon les figures 3 et 4 en position de montage; * la figure 6 montre un déroulement partiel de la vue du pourtour d'un rotor * la figure 7 montre une section partielle à travers une ma- chine synchrone avec une fixation incorporée dans le rotor et garnie d'aimants permanents; * les figures 8 à 13 montrent différentes configurations des bagues de maintien de la fixation servant à améliorer leur mise en appui et leur solidité, et * les figures 14 à 16 montrent différentes variantes de la construction des aimants et de la fixation axiale des ai- mants permanents. Sur la figure 1 on a représenté une pièce d'es- tampage 1' qui consiste en une bague de maintien la, sur le pourtour de laquelle se dressent en fonction du nombre de pô- les, et de cette façon en fonction du nombre des espaces li- bres, des bras en forme de rayons 3. Entre les bras 3 on peut former aussi des appendices 13. Les bras 3 peuvent être re- pliés deux fois à angle droit, de telle sorte que des bras de maintien 4 et des languettes de maintien 5 soient formés, comme cela ressort de la figure 3 et de la figure 4. La fixa- tion 7 pour un rotor consiste en deux pièces estampées, pliées 1 et 2 qui sont constituées de façon identique. A par- tir des pièces d'estampage 1' selon la figure 1 on plie une pièce 1 ou 2 d'une fixation 7 qui convient pour un rotor, dans laquelle les espaces libres sont orientés parallèlement à l'axe central de la machine et présentent une largeur uni- forme. Comme le montre la figure 2, les bras 3' sur la pièce d'estampage 1' peuvent être déjà aussi inclinés de telle sorte qu'après le double pliage des sections 4' et 5' selon la figure 3 et la figure 4, des bras de maintien 4 et des languettes de maintien 5 sont formés qui sont inclinés alternativement en fonction de l'angle des griffes de la ma- chine synchrone, comme le montrent les pièces estampées, pliées 1 et 2 selon la figure 3 et la figure 4. Les sections terminales 5' de la pièce d'estam- page 1' peuvent présenter différentes formes, comme cela res- sort de la figure 2. Les sections terminales 5' peuvent former radialement des contre-dépouilles qui facilitent une fixation radiale des languettes de maintien 5 repliées, comme on le montrera encore. Sur le pourtour intérieur de la bague de maintien la on peut former d'autres appendices 14 et 15, qui peuvent être formées et repliés de façon différente pour améliorer la mise en appui et la stabilité de la bague de maintien la. Comme le montre la figure 5, les deux pièces es- tampées, pliées 1 et 2 de la fixation 7 sont lors du montage du rotor orientées de telle sorte que les bras de maintien 4 passent en fonction des espaces libres directement les uns dans les autres et remplissent les espaces libres d'une pla- tine polaire à une platine polaire. Si les bagues de maintien la et 2a se trouvent directement à plat l'une sur l'autre, on rencontre alors quand les espaces libres sont inclinés alternativement de fa- çon différente entre les pôles à griffes 10 des problèmes quant à la forme des aimants permanents, quand ceux-ci doi- vent remplir aussi complètement que possible les logements dans la fixation 7, comme le montre la forme de l'aimant per- manent 8'. Si l'on utilise toutefois des aimants permanents parallélépipédiques 8", ceux-ci ne peuvent pas alors remplir les logements de façon optimale. Si les bagues de maintien la et 2a de la fixation 7 sont repliées en conséquence dans la25 zone qui se trouve sous les pôles à griffes 10 eux-mêmes, de telle sorte que les sections des bagues de maintien la et 2a croisent à angle droit respectivement les espaces libres, on peut alors utiliser des aimants permanents 8" qui présentent des une forme parallélépipédique et qui remplissent mieux les logements, comme cela ressort de la figure 6. La section partielle selon la figure 7 montre le système d'excitation du rotor d'une machine synchrone avec une bobine d'excitation et les noyaux polaires. On associe au rotor un stator 20 qui peut être construit d'une manière con- nue. Les deux platines polaires 11 avec les pôles à griffes formés dessus 10 sont montés au préalable avec les deux par- ties de la fixation 7 avant sa mise en place sur le système d'excitation 9. Dans ce cas les languettes de maintien 5 de la bague de maintien la sont introduites dans des cavités 6 formées de façon correspondante sur le côté intérieur de la platine polaire 10 de gauche et sont fixées dedans. Pour cela il peut être suffisant d'avoir une complémentarité de forme avec une contre-dépouille radiale. Les languettes de maintien peuvent aussi en plus ou seulement dans les cavités 6 être soudées comme l'indiquent les points de soudage 16. Les bras de maintien repliés 4 forment avec les languettes de maintien un logement fermé sur trois côtés pour un aimant permanent 8, qui est maintenu par collage, par complémentarité de forme ou par engagement à friction dans ce logement. Les pôles à grif- fes 10 qui se raccordent latéralement aux bras de maintien 4 complètent les logements sur les deux côtés axiaux. De la même manière on garnit la platine polaire 11 de droite de la bague de maintien 2a et de l'aimant permanent 8. Les deux unités ainsi préfabriquées sont enfilées à partir des deux extrémités axiales sur le système d'excitation 9. Dans ce cas les pôles à griffes 10 sont emboîtés les uns dans les autres et les espaces libres sont occupés par les bras de maintien 4 de la fixation rassemblée 7. Comme les languettes de maintien s'étendent dans la zone des côtés frontaux de la bobine d'excitation du système d'excitation 9, les languettes de maintien 5 sont fixées axialement dans les deux sens dans la position finale de montage des platines polaires 11. La fixation 7 ainsi intégrée dans le rotor est fixée radialement et axialement de façon univoque aussi bien dans la zone des bagues de maintien la et 2a que dans celle aussi des languettes de maintien 5 de celle-ci. Les aimants permanents 8 sont maintenus de façon univoque aux vitesses de rotation élevées et ne sont soumis qu'à la pression. Comme le montrent les figures 8 et 9, les bagues de maintien la et 2a peuvent être renforcées par le sertis- sage des appendices 14 ou 15 formés à l'intérieur. Comme le montrent les figures 10 et 11 les appen- dices 13, qui sont formés entre les bras de maintien 4, sont repliés de telle sorte qu'ils prennent appui plus ou moins sur les côtés intérieurs des pôles à griffes 10 et dans ce cas augmentent la stabilité de la fixation 7 vis à vis des forces centrifuges. Quand les pôles à griffes 10 augmentent constam- ment de la platine polaire 11 jusqu'aux pointes sous l'angle Pk on obtient pour la dimension radiale des bagues de main- tien la et 2a une grandeur prédéterminée HR, comme représenté à la figure 12. Si les pôles à griffes augmentent de la pla- tine 11 vers le milieu, c'est à dire à l'endroit des bagues de maintien la et 2a, d'abord avec un angle plus grand Ikl et s'en vont plus à plat vers les pointes, on obtient alors pour la dimension radiale des bagues de maintien la et 2a une va- leur plus grande HR1, comme représenté à la figure 13 dans le cas d'une conception du rotor par ailleurs identique. Comme le représentent les figures 14 à 16, des moulures ou des appendices des parties axiales de la fixation 7 contribuent à la fixation axiale des aimants permanents. Les aimants permanents 8 peuvent être réunis axialement à la manière de sandwich à partir de plusieurs couches magnétiques Ml, M2, M3. Les couches magnétiques étagées radialement of- frent des possibilités de venue en prise pour les moulures ou les appendices de la fixation 7, qui bloquent axialement les aimants permanents réunis 8. L'aimant permanent 8 peut toute- fois aussi être constitué d'un seul tenant et être pourvu de rainures ou analogues, dans lesquelles les moulures ou les appendices de la fixation 7 viennent en prise. Les exemples de réalisation sont orientés sur une machine synchrone avec un rotor intérieur. L'invention peut raisonnablement aussi être appliquée dans le cas d'un rotor extérieur d'une machine synchrone. La même chose vaut aussi pour le stator d'une machine synchrone. R E V E N D I C A T I ON S 1 ) Machine synchrone, en particulier génératrice pour un vé- hicule à moteur, avec un système d'excitation qui se compose d'un certain nombre de pôles unitaires de préférence excité électriquement dans le rotor, se présentant sous la forme de pôles à griffes excités par un système d'excitation, de pré- férence par une bobine commune d'excitation, dans le cas des- quels pour compenser le flux de dispersion dans les espaces libres compris entre les pôles à griffes orientés axialement les uns vers les autres des platines polaires disposées aux extrémités axiales du rotor, on met en place des aimants per- manents qui sont soutenus par une fixation par rapport aux forces centrifuges et axiales et sont maintenus par celle-ci, caractérisé en ce que * la fixation (7) est formée de deux bagues de maintien (la, 2a) amagnétiques qui entourent au centre le système d'exci- tation (9) et qui reposent l'une sur l'autre et qui s'éten- dent par leur contour extérieur jusqu'au côté inférieur des pôles à griffes (10), * sur les bagues de maintien (la, 2a) des bras de maintien (4), qui s'étendent en fonction du nombre des pôles dans les espaces libres, qui vont jusqu'aux platines polaires (11) et sur lesquels prennent appui les aimants permanents (8) des bras de maintien (4) sont repliés, bras de maintien dont les extrémités libres portent en direction de l'arbre du rotor des languettes de maintien repliées (5) et ces languettes de maintien (5) sont fixées de préférence dans des cavités correspondantes (6) sur les côtés inté- rieurs, tournés les uns vers les autres, des platines po- laires (11). 2 ) Machine synchrone selon la revendication 1, caractérisée en ce que les languettes de maintien (5) s'étendent jusque dans la zone frontale de la bobine d'excitation (9). 3 ) Machine synchrone selon la revendication 1 ou la revendi- cation 2, Il caractérisée en ce que * les cavités (6) présentent dans le sens radial des contre- dépouilles et * les languettes de maintien (5) sont adaptées par leur forme à la forme des cavités (6). 4 ) Machine synchrone selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que les bagues de maintien (la, 2a) avec les bras de maintien (4) et les languettes de maintien (5) sont fabriquées sous la forme de pièces estampées, pliées réalisées en une matière non ferromagnétique, qui peut être soudée. ) Machine synchrone selon la revendication 4, caractérisée en ce que les languettes de maintien (5) sont soudées dans les cavités (6) avec les platines polaires (11). 6 ) Machine synchrone selon la revendication 4, caractérisée en ce que dans le cas d'un rotor avec des espaces libres parallèles à l'axe central de la machine, et unitairement larges entre les pôles à griffes (10) les bras de maintien (4) et les languet- tes de maintien (5) partent en forme de rayons sur la bague de maintien (la, 2a) et sont repliés deux fois à angle droit. 7 ) Machine synchrone selon la revendication 4, caractérisée en ce que dans le cas d'un rotor avec des espaces libres inclinés al- ternativement de façon différente par rapport à l'axe central de la machine, et unitairement larges entre les pôles à grif- fes (10), les bras de maintien (4) et les languettes de main- tien (5) sont conçus de façon inclinée en fonction de l'inclinaison sur la bague de maintien (la, 2a) et sont re- pliés. 8 ) Machine synchrone selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les bagues de maintien (la, 2a) sont mises en file les unes après les autres de telle sorte que les bras de maintien (4) passent directement les uns dans les autres. 9 ) Machine synchrone selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les bagues de maintien (la, 2a) forment avec les bras de maintien (4) et les languettes de maintien (5) de la fixation (7) par espace libre deux logements disposés l'un derrière l'autre pour des aimants permanents (8). ) Machine synchrone selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisée en ce que les bagues de maintien (la, 2a) présentent entre des espaces libres voisins des sections respectivement repliées de telle sorte que celles-ci se tiennent perpendiculairement aux axes longitudinaux des espaces libres. 11 ) Machine synchrone selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que les aimants permanents (8) sont maintenus par collage, par complémentarité de forme ou par engagement à friction dans la fixation (7). 12 ) Machine synchrone selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que les côtés des pôles à griffes (10), qui sont tournés vers la bobine d'excitation (9), montent de façon plus raide en par- tant des platines polaires (11) jusqu'au milieu des pôles à griffes (10) que les sections de ces côtés qui vont jusqu'à la platine polaire (10) respectivement opposée. 13 ) Machine synchrone selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que l'on prévoit des parties axiales de la fixation (7) avec des moulures ou des butées, qui fixent axialement des aimants permanents (8) réunis axialement à partir de couches magnéti- ques (M1, M2, M3) ou pourvues de rainures.