Brevet FR2774224A1 — publié le 19990730

Etat de la technique L'invention concerne un moteur synchrone, en par- ticulier une génératrice pour un véhicule à moteur, compre- nant un système d'excitation qui se compose d'un certain nombre de "pôles individuels" excités électriquement, se pré- sentant sous la forme de pôles à griffes excités par au moins une bobine commune d'excitation, dans laquelle pour compenser le flux magnétique de dispersion dans les espaces libres com- pris entre les pôles à griffes, orientés axialement les uns vers les autres, des platines polaires mises en place aux ex- trémités axiales du rotor, on met en place des aimants perma- nents, qui sont soutenus par une fixation à l'encontre des forces centrifuges et sont maintenus par celle-ci. On connaît un moteur synchrone de ce type par le document DE 89 05 353 Ul. Dans ce cas les aimants permanents sont orientés dans les espaces libres compris entre les pôles à griffes dirigés les uns vers les autres au moyen de plaques de maintien à l'encontre des forces centrifuges, et sont ai- mantés de telle sorte qu'ils agissent à l'encontre du flux de dispersion. Les plaques de maintien sont insérées et fixées sur leur pourtour dans des évasements des pôles à griffes, en prenant appui dans le sens de l'axe médian du moteur sur un manchon amagnétique qui entoure la bobine d'excitation. Cette construction des aimants permanents entraîne non seulement un coût considérable en pièces qui est fonction du nombre de pô- les du moteur synchrone, mais entraîne aussi un coût considé- rable de montage pour les plaques de maintien. Le rotor du moteur synchrone est en conséquence cher à fabriquer. En ou- tre les aimants permanents ne sont pas bloqués dans le sens axial de façon univoque contre des forces axiales dues aux chocs. Comme le montre le brevet US 5 543 676, il est déjà connu d'enfoncer des aimants permanents en forme de U entre la bobine d'excitation et les pôles à griffes, les branches latérales des aimants permanents étant introduites dans les espaces libres compris entre les pôles à griffes. Ces aimants permanents ne vont que jusqu'au milieu axial des espaces libres, car un aimant permanent est enfoncé à partir de chaque pointe d'un pôle à griffes. On connaît aussi une fixation en forme de méandre et en forme d'anneau pour les aimants permanents, fixation qui est préfabriquée sous la forme d'une unité et est enfon- cée lors du montage du rotor sur les noyaux polaires avec l'enroulement d'excitation, avant que ne soient mis en place à partir des deux extrémités axiales les platines polaires avec leurs pôles à griffes. Dans ce cas les pôles à griffes sont introduits dans les logements ouverts axialement de la fixation, comme le montre le document UK 2 281 665 A. Cette fixation connue présente une construction compliquée et coû- teuse à fabriquer. En outre les aimants permanents et même la fixation elle-même ne sont pas bloqués de façon univoque con- tre des forces centrifuges et des forces axiales, dues à des chocs. L'invention a pour objet de fournir pour un mo- teur synchrone du type mentionné ci-dessus une fixation pour les aimants permanents, qui ait une construction simple et puisse être fabriquée d'une manière facile et économique, mais qui ce faisant puisse être lors du montage du rotor fixée d'une manière simple axialement et radialement d'une façon univoque. On résout ce problème selon l'invention d'une double manière, d'une part grâce au fait que la fixation est formée de deux cages de réception avec respectivement une ba- gue annulaire, que les bagues annulaires sont disposées entre les côtés intérieurs des platines polaires et les côtés fron- taux de la bobine d'excitation, que l'on forme sur les bagues annulaires des bandes repliées à angle droit qui constituent par espace libre respectivement une chambre de réception pour un aimant permanent qui est fermée au moins en direction du centre axial du rotor, et en direction du côté des espaces libres qui est exposé à des forces centrifuges, et que les chambres de réception sont fixées aux pôles à griffes et/ou aux platines polaires, ou d'autre part grâce au fait que la fixation est constituée de deux cages de réception avec res- pectivement une bague annulaire, que les bagues annulaires entourent dans le centre axial du rotor le système d'excita- tion et s'appliquent les unes aux autres, que des sections de languettes repliées à angle droit sont formées sur les bagues annulaires qui forment par espace libre respectivement une5 chambre de réception pour un aimant permanent, chambre qui est fermée au moins en direction du centre axial du rotor, en direction du côté de l'espace libre qui est soumis eux forces centrifuges, et au moins en partie en direction de la bobine d'excitation, et que les chambres de réception sont fixées10 sur les pôles à griffes et/ou les platines polaires. On peut fabriquer facilement et de façon économi- que les deux cages de réception de la fixation en permanence sous la forme de pièces pliées par estampage. Les aimants permanents peuvent être mis en place dans les chambres de ré- ception avant d'être assemblés lors du montage du rotor avec les platines polaires et le système d'excitation. Comme les cages de réception peuvent être réalisées en une matière non ferromagnétique, soudable, comme un acier spécial, du laiton, du bronze ou de l'aluminium, on peut utiliser pour augmenter la stabilité de la fixation aussi en plus des points de sou- dage servant à la fixation, les sections de languettes de la fixation étant soudés avec les platines polaires ou les pôles à griffes. La formation de chambres de réception fermées sur trois côtés qui ne sont encore accessibles que par les côtés extérieurs des platines polaires, est obtenue grâce au fait qu'une section de bandeau respectivement orienté en direction du centre axial du rotor ou parallèlement à l'axe médian de la machine se raccorde aux bagues annulaires des cages de ré- ception par espace libre, section de bandeau qui se trans- forme respectivement en une section de bandeau orientée radialement, et que les sections de languettes orientées ra- dialement se transforment en sections de languettes, qui sont orientées en direction des côtés extérieurs des platines po- laires adjacentes et sont fixées aux pôles à griffes. Pour la fixation des sections de languettes qui sont sollicitées par des forces centrifuges, il est prévu que les sections de languettes des chambres de réception, qui sont orientées en direction des côtés extérieurs des platines polaires, des chambres de réception sont maintenues au moyen d'entretoises des pôles à griffes à l'encontre des forces centrifuges ou que les sections de languettes des chambres de5 réception qui sont orientées en direction des côtés exté- rieurs des platines polaires, sont introduites dans des rai- nures des pôles à griffes qui sont mises en place dans les côtés des pôles à griffes qui sont adjacents à la section de bandeau, ou que les sections de languettes des chambres de réception qui sont orientées en direction des côtés exté- rieurs des platines polaires sont maintenues par des points de fixation matés des pôles à griffes à l'encontre des forces centrifuges. On peut fermer les chambres de réception selon une autre configuration aussi sur les côtés extérieurs fron- taux des platines polaires en prévoyant que les sections de languettes des chambres de réception orientées en direction des côtés extérieurs des platines polaires se transforment en sections terminales orientées dans la direction de l'axe mé- dian de la machine, sections terminales qui sont soudées aux côtés extérieurs des platines polaires. De cette façon on améliore en outre la stabilité de la fixation. Le montage du rotor est en particulier encore simplifié et amélioré par le fait que les cages de réception garnies d'aimants permanents sont préfabriquées et sont re- liées avec une platine polaire en deux unités et que les uni- tés sont enfilées sur le système d'excitation et sont reliées à celui-ci. Dans le cas des cages de réception, qui sont ap- pliquées les unes aux autres par leurs bagues annulaires dans le centre axial du système d'excitation, on peut augmenter la stabilité de la fixation, en faisant s'appuyer les sections de languettes adjacentes à la bobine d'excitation des cham- bres de réception sur un manchon amagnétique qui entoure la bobine d'excitation et en les reliant à celle-ci. Le garnissage des chambres de réception des cages de réception avec des aimants permanents est obtenu selon une configuration en utilisant, dans le cas d'espaces libres et de cette façon de chambres de réception des cages de récep- tion inclinés alternativement de façon différente, des ai- mants permanents qui sont reliés les uns aux autres sur un bord situé du côté frontal et qui sont insérés dans des cham- bres de réception qui viennent en contact les unes avec les autres. Pour améliorer le refroidissement de la machine synchrone il est prévu selon une autre configuration que les cages de réception ménagent dans le milieu du système d'exci- tation entre les sections de languettes en contact les unes avec les autres un entrefer libre. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - la fixation est formée à partir de deux cages de réception avec respectivement une bague annulaire, - les bagues annulaires dans le centre axial du rotor entou- rent et le système d'excitation, qui est disposé entre les platines polaires et reposent l'une contre l'autre, - l'on forme des sections de languettes qui sont pliées à an- gle droit sur les bagues annulaires, et qui constituent par espace libre respectivement une chambre de réception pour au moins un aimant permanent, chambre de réception qui est fermée au moins en direction du centre axial du rotor, en direction du côté, exposé aux forces centrifuges, de l'es- pace libre et au moins en partie en direction de la bobine d'excitation, et - les chambres de réception sont fixées sur les pôles à grif- fes et/ou sur les platines polaires, - les cages de réception sont réalisées sous la forme de piè- ces pliées par estampage en une matière amagnétique, souda- ble, telle qu'un acier spécial, du laiton, du bronze ou de l'aluminium, respectivement une section de languette, orientée dans la direction du centre axial du rotor ou parallèlement à l'axe médian de la machine se raccorde aux bagues annulaires des cages de réception par espace, libre, section de languette qui se transforme respectivement en une section de lan- guette orientée radialement vers l'extérieur, et - les sections de languettes, orientées radialement, se transforment en des sections de languettes axiales qui sont orientées en direction des côtés extérieurs des platines polaires adjacentes et sont fixées sur les pôles à griffes, les sections de languettes qui sont orientées dans la di- rection des côtés extérieurs des platines polaires, des chambres de réception sont maintenues au moyen d'entretoi- ses des pôles à griffes à l'encontre des forces centrifu- ges, - les sections de languettes qui sont orientées dans la di- rection des côtés extérieurs des platines polaires, des chambres de réception sont introduites dans des rainures des pôles à griffes qui sont pratiquées dans les côtés des pôles à griffes adjacents à la section de languette, - les sections de languettes qui sont orientées dans la di- rection des côtés extérieurs des platines polaires, des chambres de réception sont maintenues par des points de maintien matés sur le bord des pôles à griffes à l'encontre des forces centrifuges, - les sections de languettes qui sont orientées dans la di- rection des côtés extérieurs des platines polaires, des chambres de réception se transforment en des sections de languettes terminales qui sont orientées dans la direction de l'axe médian de la machine, sections terminales qui sont soudées avec les côtés extérieurs des platines polaires, - les cages de réception, garnies d'aimants permanents, sont préfabriquées et sont respectivement reliées par une pla- tine polaire à l'une des deux unités et - les unités sont enfilées sur le système d'excitation et sont reliées à celui-ci, - les sections de languettes, tournées vers la bobine d'exci- tation, des chambres de réception prennent appui sur un manchon, amagnétique, qui entoure la bobine d'excitation, et sont reliées à celuici, - dans le cas d'espaces libres et de cette façon de chambres de réception des cages de réception qui sont alternative- ment inclinés de façon différente, on utilise des paires d'aimants qui sont reliées l'une à l'autre sur un bord si- tué du côté frontal et qui sont insérées dans des chambres de réception qui viennent en contact l'une sur l'autre, - les cages de réception laissent un entrefer libre dans le milieu du système d'excitation compris entre les sections de languettes qui sont en contact l'une sur l'autre. On va décrire ci-après l'invention plus en détail à partir de plusieurs exemples de réalisation d'un moteur synchrone, représentés sur les dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 montre une vue en perspective d'une cage de ré- ception pour la fixation d'aimants permanents d'un rotor, - la figure 2 montre une vue partielle du pourtour du rotor avec la fixation des deux cages de réception garnies d'ai- mants permanents, - la figure 3 montre en coupe une variante de fixation pour les cages de réception avec les aimants permanents sur les pôles à griffes, - la figure 4 montre en coupe une autre variante de fixation pour les cages de réception avec les aimants permanents sur les pôles à griffes, - la figure 5 montre une section longitudinale partielle à travers le rotor avec une fixation dont la construction a été modifiée, et - la figure 6 montre en coupe longitudinale partielle le ro- tor avec l'insertion d'une autre fixation modifiée. Comme la figure 1 le montre, on maintient les ai- mants permanents 3 dans les cages de réception 2a. Dans ce cas il est nécessaire d'avoir pour les fixations deux cages de réception identiques 2a et 2b qui, à partir des deux ex- trémités axiales du rotor, sont introduites dans les espaces libres 18 compris entre les pôles à griffes la' et lb' des platines polaires la et 2a, comme on peut le voir à la figure 2. La cage de réception 2a consiste en une bague an- nulaire 5, sur laquelle des sections de languettes 7, 8 et 9 formées et plusieurs fois pliées à angle droit forment par espace libre, c'est-àdire pôle, une chambre de réception 6 pour un aimant permanent 3, dont le champ magnétique est di- rigé en sens contraire du champ de dispersion entre les pôles à griffes la' et lb'. Ces chambres de réception 6 sont ouver- tes latéralement mais sont fermées par les pôles à griffes adjacents la' ou lb', une fois que la cage de réception 2a avec les aimants permanents 3 a été rassemblée en une unité préfabriquée et a été montée avec un enroulement d'excitation et les platines polaires la, lb sur un arbre de rotor avec un noyau polaire 16. Si les espaces libres sont de façon al- ternée inclinés différemment, on peut relier l'une avec l'au- tre deux chambres de réception 6 dans la zone du point de contact sur les côtés extérieurs des platines polaires la et lb, comme la référence 10 à la figure 1 permet de le voir. La même chose vaut aussi pour les aimants permanents 3, qui sont reliés l'un à l'autre sous la forme de paires 3a et 3b sur un bord 3c, situé du côté frontal. Les aimants permanents 3 peu- vent dans ce cas être maintenus par collage, par complémenta- rité de forme, ou par engagement à friction dans les chambres de réception 6. Si les deux cages de réception 2a et 2b sont in- troduites à des extrémités axiales du rotor dans les espaces libres, on dispose alors dans chaque espace libre deux ai- mants permanents l'un derrière l'autre avec l'entrefer 17 qui se trouve entre les deux. Ces sections de barreaux 9 qui sont orientées en direction des côtés extérieurs des platines po- laires la et lb, sont bloquées radialement pour résister aux forces centrifuges, en recouvrant la section de languette 9 et en la soutenant radialement avec plusieurs points 12 de matage, comme la coupe B-B à la figure 2 illustre ceci. Les chambres de réception 6 avec leurs sections de languettes 9, orientées en direction des côtés extérieurs des platines polaires, peuvent aussi être soutenues par des entretoises la" et lb" des pôles à griffes la' et lb' à l'en- contre des forces centrifuges, comme le montre la figure 3. En outre les sections de languettes 9 des cham- bres de réception 6 peuvent aussi être enfoncées dans des rainures la"' et lb"' des pôles à griffes voisins la' et lb' et être fixées de façon univoque radialement, comme le montre la figure 4. La coupe selon la figure 5 permet de voir claire- ment une variante pour la construction de la fixation avec les aimants 3 dans le rotor. La bobine d'excitation 15 est mise en place sur le noyau polaire 16. Les deux cages de ré-5 ception symétriques 2a et 2b sont disposées avec leurs bagues annulaires 5 entre le côté intérieur des platines polaires la et lb tournées l'une vers l'autre et du côté frontal de la bobine d'excitation 15 qui leur est adjacent. On a formé sur le bord extérieur des bagues annulaires 5 les chambres de ré- ception 6 qui sont constituées au moins à partir des sections de languettes 7, 8 et 9, plusieurs fois pliées et qui forment ensuite dans la zone des côtés périphériques des pôles à griffes la' et lb' des chambres de réception 6 ouvertes. Les sections de languettes 7 s'étendent vers le centre axial du système d'excitation et en fait en dessus de la bobine d'ex- citation 15. Les sections de languettes 7 se transforment en des sections de languettes 8 orientées radialement, qui en- suite se transforment finalement en des sections de languet- tes 9 orientées en direction des côtés extérieurs des platines polaires la et lb. Ces sections de languettes 9 sont maintenues radialement à la figure 5 par des entretoises lb" des pôles à griffes lb' Les chambres de réception 6 s'éten- dent dans les espaces libres compris entre les pôles à grif- fes la' et lb', chaque cage de réception 2a et 2b pénétrant avec une chambre de réception 6, garnie d'aimants permanents 3, dans chaque espace libre. Dans ce cas les aimants perma- nents 3 recouvrent aussi les platines polaires la et lb. Si les cages de réception 2a et 2b ne sont pas dans cette configuration suffisamment solides, les sections de languettes 9 peuvent alors se transformer en des sections de languettes terminales 10 qui sont pliées à angle droit dans la direction de l'axe médian de la machine sur les côtés extérieurs des platines polaires la et lb et sont soudées à celles-ci, comme indiqué par la référence numérique 11 en tant que points de soudage. Les cages de réception 2a et 2 peuvent selon la figure 6 être appliquées l'une à l'autre aussi dans la zone du centre axial du système d'excitation et entourer la bobine d'excitation 15. Les sections de languettes 7 sont pliées à angle droit sur leur bord intérieur et les bagues annulaires forment elles-mêmes la terminaison radiale des chambres de réception 6. Les sections de languettes 9, à fixer sur les pôles à griffes la' et lb' et orientées dans la direction des côtés extérieurs des platines polaires la et lb, sont pliées sur les bords extérieurs des bagues annulaires 5 et se trans- forment en des sections de languettes terminales 10, encore une fois pliées à angle droit, qui ferment les chambres de réception 6 dans la zone des côtés extérieurs des platines polaires la et lb et sont soudées à celles-ci, comme on peut le voir aux points de soudage 11. Pour augmenter la solidité de la fixation les sections de languettes 7 des deux cages de réception 2a et 2b peuvent prendre appui sur un manchon 4 et être reliées à ce- lui-ci, comme on peut le voir aux points de fixation 13. Le manchon 4 est amagnétique et entoure le système d'excitation. Les chambres de réception 6 occupent dans le cas de cette configuration pratiquement la totalité de l'espace libre com- pris entre les pôles à griffes la' et lb' jusqu'aux côtés ex- térieurs des platines polaires la et lb. Il 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, comprenant un système d'excitation qui se compose d'un certain nombre de "pôles individuels" excités électriquement, sous la forme de pôles à griffes excités par au moins une bobine commune d'excitation, et pour compenser le flux magnétique de dispersion dans les espaces libres com- pris entre les pôles à griffes, orientés axialement les uns vers les autres, des platines polaires aux extrémités axiales du rotor, on place des aimants permanents soutenus par une fixation contre les forces centrifuges et maintenus par celle-ci, caractérisée en ce que - la fixation est formée à partir de deux cages de réception (2a, 2b) avec respectivement une bague annulaire (5), - sur les bagues annulaires (5) on forme des sections de lan- guettes (7, 8, 9) plusieurs fois pliées à angle droit qui constituent par espace libre (18) respectivement une cham- bre de réception (6) pour au moins un aimant permanent (3) qui est fermée au moins dans la direction du centre axial du rotor et dans la direction du côté des espaces libres qui est exposé aux forces centrifuges, et - les chambres de réception (6) sont fixées sur les pôles à griffes (la', lb') et/ou sur les platines polaires (la, lb). 2 ) Machine synchrone selon la revendication 1, caractérisée en ce que les bagues annulaires (5) sont disposées entre les côtés intérieurs des platines polaires (la, lb) et les côtés frontaux de la bobine d'excitation (15) qui se trouve entre les platines polaires. 3 ) Machine synchrone selon la revendication 1, caractérisée en ce que - dans le centre axial du rotor les bagues annulaires (5) en- tourent le système d'excitation (15), disposé entre les platines polaires (la, lb) et elles reposent l'une contre l'autre, - et au moins en partie en direction de la bobine d'excitation (15). 4 ) Machine synchrone selon la revendication 1, caractérisée en ce que les cages de réception (2a, 2b) sont réalisées sous la forme de pièces pliées par estampage en une matière amagnétique, soudable, telle qu'un acier spécial, du laiton, du bronze ou de l'aluminium. ) Machine synchrone selon les revendications 1 à 3, caractérisée en ce que - une section de languette (7) respective, orientée dans la direction du centre axial du rotor ou parallèlement à l'axe médian de la machine se raccorde aux bagues annulaires (5) des cages de réception (2a, 2b) par espace libre, section de languette (7) qui se transforme respectivement en une section de languette (8) orientée radialement vers l'exté- rieur, et - les sections de languettes (8), orientées radialement, se transforment en des sections de languettes (9) axiales orientées en direction des côtés extérieurs des platines polaires (la, lb) adjacentes et fixées sur les pôles à griffes (la', lb'). 6 ) Machine synchrone selon la revendication 5, caractérisée en ce que les sections de languettes (9), orientées dans la direction des côtés extérieurs des platines polaires (la, lb) des cham- bres de réception (6), sont maintenues au moyen d'entretoises (la", lb") des pôles à griffes (la', lb') contre les forces centrifuges. 7 ) Machine synchrone selon la revendication 5, caractérisée en ce que les sections de languettes (9), orientées dans la direction des côtés extérieurs des platines polaires (la, lb) des cham- bres de réception (6), sont introduites dans des rainures (la"', lb"') des pôles à griffes (la', lb'), pratiquées dans les côtés des pôles à griffes (la', lb') adjacents à la sec- tion de languette (9). 8 ) Machine synchrone selon la revendication 5, caractérisée en ce que les sections de languettes (9), orientées dans la direction des côtés extérieurs des platines polaires (la, lb) des cham- bres de réception (6), sont maintenues par des points de maintien matés (12) sur le bord des pôles à griffes (la', lb') contre les forces centrifuges. 9 ) Machine synchrone selon la revendication 5, caractérisée en ce que les sections de languettes (9), orientées dans la direction des côtés extérieurs des platines polaires (la, lb) des cham- bres de réception (6), se transforment en sections de lan- guettes terminales (10) orientées dans la direction de l'axe médian de la machine, et soudées (11) aux côtés extérieurs des platines polaires (la, lb). 10 ) Machine synchrone selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que - les cages de réception (2a, 2b), garnies d'aimants perma- nents (3), sont préfabriquées et sont respectivement re- liées par une platine polaire (la, lb) à l'une des deux unités et - les unités sont enfilées sur le système d'excitation et re- liées à celui-ci. 11 ) Machine synchrone selon la revendication 3, caractérisée en ce que les sections de languettes (7), tournées vers la bobine d'ex- citation (15) des chambres de réception (6), prennent appui sur un manchon (4), amagnétique, qui entoure la bobine d'ex- citation (15), et elles sont reliées à celui-ci. 12 ) Machine synchrone selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que dans le cas d'espaces libres et ainsi de chambres de récep- tion (6) des cages de réception (2a, 2b) qui sont alternati- vement inclinés de façon différente, on utilise des paires d'aimants (3a, 3b) reliées l'une à l'autre sur un bord (3c) du côté frontal et qui sont insérées dans des chambres de ré- ception (6) venant en contact l'une sur l'autre. 13 ) Machine synchrone selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que les cages de réception (2a, 2b) laissent un entrefer (17) li- bre dans le milieu du système d'excitation compris entre les sections de languettes (9) en contact l'une sur l'autre.