Brevet FR2774225A1 — publié le 19990730

I Etat de la technique: L'invention concerne une machine électrique syn- chrone notamment générateur ou moteur pour un véhicule auto- mobile comprenant un système d'excitation formé de plusieurs pôles séparés, excités électriquement dans un stator ou un rotor de préférence sous la forme de griffes polaires exci- tées au moins par une bobine d'excitation commune, et pour compenser le flux magnétique dispersé dans les intervalles libres entre les griffes polaires tournées les unes vers les autres et imbriquées les unes dans les autres de manière al- ternée des platines polaires prévues aux extrémités du stator ou du rotor, on utilise des aimants permanents. Une telle machine synchrone est connue selon le document DE 89 05 353 Ul. Les aimants permanents logés dans les intervalles libres entre les griffes polaires d'un rotor sont aimantés tangentiellement pour compenser le flux para- site entre les griffes polaires voisines et ils améliorent ainsi le rendement de la machine synchrone. Les aimants per- manents s'appuient radialement contre des plaques de fixation amagnétiques, logées du côté périphérique dans des cavités essentiellement axiales des griffes polaires; ces aimants permanents sont fixés et s'appuient contre les faces en re- gard des griffes polaires voisines. Dans de telles machines synchrones connues, le montage des aimants permanents nécessite un travail impor- tant. De plus, les aimants permanents ne sont pas suffisam- ment fixés dans la direction axiale du rotor. Les griffes polaires sont également d'une réalisation compliquée avec leur cavité pour recevoir les plaques de fixation. La présente invention a pour but de développer une machine synchrone du type indiqué ci-dessus pour la sim- plifier de sorte que les aimants permanents soient tenus ra- dialement et axialement, sans équivoque et sont appuyés contre les forces centrifuges dans le cas de rotors, ou peu- vent être intégrés dans un rotor déjà fabriqué. A cet effet, l'invention concerne une machine du type défini ci-dessus, caractérisée en ce que les aimants permanents sont logés dans des supports amagnétiques à sec- tion en forme de U dont la branche de base soutient l'aimant permanent contre l'effet des forces centrifuges et, les ex- trémités axiales des supports sont fermées et reliées aux platines polaires ou aux plaques de fixation, amagnétiques, adjacentes aux platines polaires pour fixer axialement les aimants permanents. Les supports forment seuls ou avec les plaquettes de fermeture disposées axialement, un logement fermé sur cinq faces pour un aimant permanent en forme de tige, la branche de base du support étant disposée pour recevoir dans tous les cas les forces centrifuges engendrées dans le rotor. Les ai- mants permanents logés dans les supports sont alors seulement sollicités en pression. Comme la résistance à la pression des ferrites dures et des aimants SE est considérablement supé- rieure à la résistance à la traction, on peut également uti- liser des aimants permanents simples à fabriquer et ayant une forme usuelle simple. La réalisation est telle que les ai- mants permanents sont adaptés par leur section à celle du lo- gement dans le support et s'étendent jusqu'aux extrémités fermées des supports. Le moyen de réception des aimants permanents d'un support est fermé de manière simple par ses extrémités en ce que les extrémités axiales des supports comportent des pattes sur la branche de base ou les branches latérales qui sont en biais et ferment le support, ces pattes étant reliées au côté extérieur des platines polaires ou encore en ce que les sup- ports sont munis de pattes prolongeant les extrémités axiales des branches de base en étant reliées aux pattes de fixation en biais des disques de fixation. Les plaques de fermeture peuvent être reliées aux platines polaires ou à l'arbre du rotor. Lorsqu'on utilise des plaques de fixation pour fixer les supports, un dévelop- pement prévoit que les plaques de fixation comportent des pa- les de ventilateur, en saillie, et en biais. Selon un développement, il est prévu de fixer les aimants permanents par collage, encastrement, moulage, liai- son par la force ou par la forme dans les supports qui for- ment avec l'aimant permanent un ensemble préfabriqué que l'on peut loger radialement dans l'intervalle entre les griffes polaires. Il suffit alors de relier les pattes aux platines polaires, par exemple en les soudant. Pour cela, selon un autre développement de l'invention, les supports et les plaques de support sont en un matériau non ferromagnétique, susceptible d'être soudé comme l'acier inoxydable, le laiton, le bronze ou l'aluminium. La forme choisie pour les supports permet une fa- brication particulièrement simple de même que la mise en place des aimants permanents, si on réalise les aimants per- manents à partir d'une masse coulée, susceptible d'être ai- mantée, introduite dans les supports et qu'après prise, on aimante cette masse avant de placer le support dans les in- tervalles entre les griffes polaires. Un développement est caractérisé en ce que pour des griffes polaires dirigées l'une vers l'autre et montées de manière alternée dans la direction périphérique, dans les- quelles on place des supports imbriqués dans les espaces li- bres inclinés différemment par rapport à l'axe de la machine, ces supports étant imbriqués de manière symétrique par rap- port à leur axe longitudinal et des pattes étant adaptées par rapport à l'axe longitudinal des supports aux inclinaisons différentes des intervalles libres. Dans le cas d'un aimant permanent subdivisé dans la direction axiale, on peut prévoir par intervalles libres, selon un développement, que les extrémités tournées l'une vers l'autre des supports logés dans un espace libre, sont reliées à une dent d'une couronne dentée amagnétique. Pour recevoir les forces centrifuges, le dévelop- pement est tel que la couronne dentée comporte une denture extérieure et la bobine d'excitation entoure le rotor inté- rieur. Lorsque les dents de la couronne dentée dépasse la largeur du support, on peut souder directement le support sur les dents de la couronne dentée et les dents de la cou- ronne dentée s'étendent sur la largeur du support. Dans le cas de supports arrivant axialement d'une platine polaire à l'autre, selon un développement, pour amé- liorer la solidité vis-à-vis des forces centrifuges, il est prévu qu'une couronne dentée pénètre au milieu du support avec une dent dans le logement du support et divise ce loge- ment en deux logements partiels pour recevoir deux aimants permanents par intervalle libre. Une solution économique se caractérise en ce que les supports reçoivent chaque fois deux aimants permanents qui s'appliquent contre les branches latérales et dont la section est inférieure, de préférence inférieure à la demie section du logement du support et l'intervalle entre les deux aimants permanents est rempli d'une masse élastique ou par des ressorts Par intervalles libres, il suffit de moins de ma- tière aimantée et en outre cela réduit le poids, ce qui se répercute dans le cas d'un rotor par une force centrifuge moindre. Selon un développement, dans le cas d'aimants permanents divisés par intervalles libres, il est prévu que les deux supports en forme de U sont soudés dans chaque in- tervalle libre à une dent d'une couronne dentée et sont adap- tés par leur branche latérale en inclinaison à la forme du passage entre la platine polaire en regard et des griffes po- laires formées. Cela permet d'augmenter l'efficacité de la com- pensation du champ dispersé. Grâce à l'imbrication des supports des aimants permanents, on augmente en outre la section au point étroit critique à la base des griffes polaires. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation re- présentés schématiquement dans les dessins annexés dans les- quels: - la figure 1 est une vue de côté d'un support allant d'une platine polaire à l'autre et susceptible d'être relié à celle-ci, - la figure la est une vue de face du support de la figure 1, - la figure lb montre une paire de supports ana- logues à celui de la figure 1 pour une machine synchrone, les espaces libres n'étant pas parallèles à l'axe de la machine mais inclinés l'un par rapport à l'autre, - la figure 2 montre la fixation de l'aimant per- manent dans le support selon la figure 1 par collage, - la figure 3 montre la fixation de l'aimant per- manent dans le support par une liaison par la forme, - la figure 4 montre la fixation de l'aimant per- manent dans le support par une liaison par la force, - la figure 5 montre schématiquement la fixation d'un support selon les deux platines polaires d'un rotor, - la figure 6 est une vue en perspective par- tielle de la fixation de deux supports voisins dans l'intervalle libre de plaques de support axiales, - la figure 7 est une vue en perspective par- tielle d'une plaque de fixation avec des pales de rotor ra- battues, - la figure 8 montre le support de la figure 1 avec un aimant permanent subdivisé, - la figure 9 montre une couronne dentée dont les dents pénètrent dans les logements des supports de la figure 1 et qui fixent axialement les deux aimants permanents par des intervalles libres, - la figure 10 montrent la couronne dentée reliée aux supports fixés sur un rotor, - la figure 11 montre la répartition d'un support par des intervalles libres et la liaison des deux demi- supports imbriqués dans une couronne dentée, - la figure 12 est une vue partielle avec des de- mi-supports imbriqués par intervalles libres et, - la figure 13 montre la subdivision de l'aimant permanent en deux aimants permanents de section plus petite. La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'une machine électrique synchrone avec un rotor inté- rieur, mais peut également s'appliquer à une machine électri- que synchrone à rotor extérieur. Les mêmes remarques s'appliquent pour le montage des stators. Le support 2 selon la figure 1 a une section en forme de U comprenant une branche de base 2a et deux branches latérales 2c. Les extrémités du support 2 sont fermées par des pattes 2b distantes l'une de l'autre d'une distance cor- respondant à la dimension extérieure des deux platines polai- res 7 du rotor comme le montre la figure 5. Les pattes 2b peuvent être rabattues à partir de la branche de base 2a ou des branches latérales 2c su support 2 comme le montre la fi- gure la. De plus, les pattes 2b peuvent fermer le logement à cinq côtés du support 2, également de manière inclinée par rapport à la direction longitudinale du support, si les in- tervalles libres entre les griffes polaires 7' ne sont pas parallèles à l'axe central de la machine; cela signifie que dans l'exemple de réalisation, ils sont dirigés vers l'arbre du rotor et de plus ils sont inclinés de façon différente l'un par rapport à l'autre. Il faut alors une paire de sup- ports 2.1, 2.2 symétriques plans comme le montre la figure lb. Les pattes 2b repliées des branches latérales 2c' passent alors après mise en place dans les intervalles, entre les griffes polaires 6 pour que les pattes 2b soient alignées pa- rallèlement avec les côtés extérieurs des platines polaires 7 et puissent être soudées à celles-ci comme le montrent les points de soudure 10.1 de la figure 15. L'aimant permanent 1 est adapté en section à celle du logement du support 2 et il s'étend jusqu'au niveau des pattes 2b; en d'autres termes, il occupe toute la longueur axiale du rotor. Comme le montre la figure 2, l'aimant permanent 1 peut être collé dans le lo- gement du support 2 par une couche de colle 3. Selon la fi- gure 3, les extrémités des branches 2c peuvent être recourbées. La contre-dépouille qui en résulte permet de re- tenir un aimant permanent 1 par une liaison par la forme. Les extrémités 5 peuvent également n'être que des parties matées des branches latérales 2c du support 2. L'aimant permanent 1 est alors fixé au support 2 par une liaison par la force. La liaison par la force peut également s'obtenir par un siège pressé correspondant par la branche latérale 2c comme l'indiquent les points de compression 4 de la figure 4. La figure 6 montre deux plaques de fixation 14, amagnétiques, montées de manière axiale. Dans le cas d'un ro- tor intérieur d'une machine synchrone, ces plaques font suite aux platines polaires 7 et sont reliées à celles-ci ou à l'arbre 10 du rotor par exemple par soudure. Les plaques de fixation 14 sont en un matériau soudable non ferromagnétique comme par exemple de l'acier inoxydable, du laiton, du bronze ou de l'aluminium. Les supports 2 ont aux deux extrémités axiales des pattes 2b qui prolongent les branches de base 2a et dont les pattes de fixation 15 repliées vers l'extérieur et appartenant aux plaques de fixation 14 sont soudées. Comme l'inclinaison des supports 2 varie de manière alternée, les pattes de fixation 15 sont suffisamment larges pour recevoir chaque fois deux supports 2 qui partent de la pointe de la griffe polaire 7' allant en se rétrécissant et entourant cette griffe polaire. Selon la figure 7, les plaques de fixation 14 peuvent avoir non seulement des pattes de fixation 15, mais également des pales de ventilateur 13, en saillie. Selon les figures 8 à 10, les supports 2 peuvent être en outre reliés au milieu pour former un ensemble soli- daire. On utilise pour cela une couronne dentée 8 dont les dents 9 forment une denture extérieure et viennent dans les logements des supports 2. Les points de soudure 10.1 relient les pattes 2b des supports 2 aux côtés extérieurs des plati- nes polaires 7. De plus, les dents 9 de l'anneau denté 8 peu- vent être soudées à la branche de base 2a du support 2 comme le montrent les points de soudage 10.2 de la figure 10. L'aimant permanent comprend dans ce cas deux pièces identi- ques 1' et 1'' appuyées radialement contre les forces centri- fuges dans des logements subdivisés du support 2 et bloqués axialement contre les forces de poussée. Les pattes 2b des supports 2 peuvent être repliées par rapport à la branche de base 2a ou aux branches latérales 2c du support 2. Selon la figure 11, la largeur des dents 9 est adaptée à la largeur du logement du support 2. Les dents 9 remplissent les logements du support 2 et forment des cloi- sons amagnétiques entre les parties de logement. Lorsqu'on utilise une couronne dentée 8, on peut également subdiviser le support 2 comme le montrent les demi- supports 2', 2'' de la figure 11. Les (demi) supports 2', 2'' tournés l'un vers l'autre sont fermés et sont reliés à une dent 9 de la couronne dentée 8 par exemple par soudage, si celle-ci est en une matière amagnétique susceptible d'être soudée comme de l'acier inoxydable, du laiton, du bronze ou de l'aluminium. Selon la figure 11, il apparaît en outre que les deux (demi) supports 2', 2'' sont imbriqués l'un par rap- port à l'autre, pour adapter l'inclinaison de la branche la- térale 2c à la jonction 7'' entre la platine polaire 7 et les griffes polaires 7' formées sur la platine comme cela appa- raît à la figure 12. Cela améliore la compensation du flux dispersé pour une plage des racines non atténuées des griffes polaires 7'. Les brides de fixation 15 des disques de retenue 14 reçoivent des pattes 2b de deux (demi) supports 2', 2'' entourant chaque fois les pointes en regard des griffes po- laires 7'. La vue sur la platine polaire 7 selon la figure 12 se retrouve à l'autre extrémité du rotor. Au niveau de l'autre platine polaire 7, on a les (demi) supports 2'' des espaces libres adjacents en fonction des passages 7'' de l'inclinaison des branches latérales 2c. Les pattes 2b des (demi) supports 2', 2'' sont soudées aux platines polaires 7 ou aux plaques de fermeture 14. Les aimants permanents logés dans un support 2 peuvent également avoir une section plus petite que la sec- tion du logement du support 2 en forme de U comme le montre la figure 13. Dans les modes de réalisation, on utilise deux aimants permanents 11 que l'on place dans le logement du sup- port 2 en venant s'appuyer contre les branches latérales 2c. L'espace intermédiaire est rempli d'une matière de remplis- sage élastique 12.1 ou des ressorts 12.2 qui tiennent les ai- mants permanents 11 appliqués contre les branches latérales 2c du support. Cette conception permet d'économiser la ma- tière magnétique et de diminuer la force centrifuge par ré- duction de poids. La division des aimants permanents en deux parties s'applique également au support 2 des figures 8 à 10. La présente invention s'applique de manière avan- tageuse également à des rotors extérieurs. Il suffit de veiller à utiliser des supports tels que la branche de base puisse retenir des forces centrifuges 2a. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Machine électrique synchrone notamment générateur ou mo- teur pour un véhicule automobile comprenant un système d'excitation formé de plusieurs pôles séparés, excités élec- triquement dans un stator ou un rotor de préférence sous la forme de griffes polaires excitées au moins par une bobine d'excitation commune, et pour compenser le flux magnétique dispersé dans les intervalles libres entre les griffes polai- res tournées les unes vers les autres et imbriquées les unes dans les autres de manière alternée des platines polaires prévues aux extrémités du stator ou du rotor, on utilise des aimants permanents, caractérisée en ce que * les aimants permanents (1) sont logés dans des supports amagnétiques (2) à section en forme de U dont la branche de base (2a) soutient l'aimant permanent (1) contre l'effet des forces centrifuges et, * les extrémités axiales des supports (2) sont fermées et re- liées aux platines polaires (7) ou aux plaques de fixation (14), amagnétiques, adjacentes aux platines polaires (7), pour fixer axialement les aimants permanents (1). 2 ) Machine électrique synchrone notamment générateur ou mo- teur pour un véhicule automobile comprenant un système d'excitation formé d'un grand nombre de pôles séparés, exci- tés électriquement dans le stator ou dans le rotor de préfé- rence sous la forme de griffes polaires excitées par au moins une bobine d'excitation commune, et pour compenser le flux magnétique dispersé dans les intervalles libres entre les griffes polaires tournées l'une vers l'autre et imbriquées les unes dans les autres de manière alternée, des platines polaires prévues aux extrémités du stator ou du rotor, on utilise des aimants permanents, caractérisée en ce que * par intervalles libres, on met en place deux supports (2', 2'') amagnétiques à section en forme de U, disposés axiale- ment l'un derrière l'autre et dont les branches de base Il (2a) soutiennent deux aimants permanents (1', 1'') contre les forces centrifuges, * les extrémités axiales opposées des deux supports (2, 2'') sont fermées et sont reliées aux platines polaires (7) ou à des plaques de fixation (14), amagnétiques, adjacentes aux platines polaires (7) et, * les extrémités des deux supports (2', 2'') tournées l'une vers l'autre sont fermées et reliées l'une à l'autre pour fixer axialement les deux aimants permanents (1', 1'') dans chaque intervalle libre. 3 ) Machine électrique synchrone selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les extrémités axiales des supports (2) comportent des pattes (2b) repliées sur la branche de base (2a) ou sur les branches latérales (2c) qui ferment les supports (2,2.1; 2.2, 2', 2'') et sont reliées au côté extérieur des platines polaires (7). 4 ) Machine électrique synchrone selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les supports (2, 2.1; 2.2, 2', 2'') portent aux extrémités axiales, les pattes (2b) prolongeant les branches de base (2a), et reliées aux pattes de fixation repliées (15) des plaques de fixation (14). ) Machine électrique synchrone selon la revendication 4, caractérisée en ce que les plaques de fixation( 14) sont reliées aux platines polai- res (7) ou à l'arbre (10) du rotor. 6 ) Machine électrique synchrone selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que les plaques de fixation (14) comportent des pales de ventila- teur (13). 7 ) Machine électrique synchrone selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les aimants permanents (1', 1', 1'') sont adaptés en section à la section des logements des supports (2, 2.1; 2.2;2', 2'') et s'étendent jusqu'aux extrémités fermées des supports (2, 2.1; 2.2; 2', 2''). 8 ) Machine électrique synchrone selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les aimants permanents (1, 1', 1'') sont fixés dans les sup- ports (2) par collage, par coulée, par une liaison par la force ou une liaison par la forme (5). 9 ) Machine électrique synchrone selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les aimants permanents (1, 1', 1'') sont formés par de la masse coulée, susceptible d'être aimantée, cette masse étant introduite dans les supports (2) et après prise de la masse et avant la mise en place des supports (2; 2.1; 2.2, 2', 2'') dans les intervalles libres entre les griffes polaires (7'), on les aimante. ) Machine électrique synchrone selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les supports (2, 2.1; 2.2; 2', 2'') et les plaques de fixa- tion (14) sont en une matière non ferromagnétique, suscepti- ble d'être soudée comme de l'acier inoxydable, du laiton, du bronze ou de l'aluminium. 11 ) Machine électrique synchrone l'une quelconque des reven- dications 1 ou 2, caractérisée en ce que pour des griffes polaires (7'), dirigées l'une vers l'autre et montées de manière alternée dans la direction périphéri- que, dans lesquelles on place des supports (2.1; 2.2), im- briqués dans les espaces libres inclinés différemment par rapport à l'axe de la machine, ces supports étant imbriqués de manière symétrique par rapport à leur axe longitudinal et des pattes (2b) étant adaptées par rapport à l'axe longitudi- nal des supports (2.1; 2.2) aux inclinaisons différentes des intervalles libres. 12 ) Machine électrique synchrone selon l'une quelconque des revendications 2 à 11, caractérisée en ce que les extrémités tournées l'une vers l'autre des supports (2', 2'') logés dans un espace libre, sont reliées à une dent (9) d'une couronne dentée (8) amagnétique. 13 ) Machine électrique synchrone selon la revendication 12, caractérisée en ce que la couronne dentée (8) comporte une denture extérieure et la bobine d'excitation entoure le rotor intérieur. 14 ) Machine électrique synchrone selon l'une quelconque des revendications 2 à 13, caractérisée en ce que les dents (9) de la couronne dentée (8) s'étendent sur la largeur du support (2', 2''). ) Machine électrique synchrone selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' une couronne dentée (8) pénètre au milieu du support (2; 2.1; 2.2) avec une dent (9) dans le logement du support et divise ce logement en deux logements partiels pour recevoir deux aimants permanents (1', 1'') par intervalle libre. 16 ) Machine électrique synchrone selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisée en ce que les supports (2; 2.1; 2.2; 2', 2'') reçoivent chaque fois deux aimants permanents (11) qui s'appliquent contre les branches latérales (2c) et dont la section est inférieure, de préférence inférieure à la demie section du logement du sup- port (2; 2.1; 2.2; 2', 2'') et l'intervalle entre les deux aimants permanents (11) est rempli d'une masse élastique5 (12.1) ou par des ressorts (12. 2). 17 ) Machine électrique synchrone selon la revendication 2, caractérisée en ce que les deux supports (2', 2'') en forme de U sont soudés dans chaque intervalle libre à une dent (9) d'une couronne dentée (10) et sont adaptés par leur branche latérale (2c) en incli- naison à la forme du passage entre la platine polaire en re- gard (7) et des griffes polaires (7'), formées.