Brevet FR2774223A1 — publié le 19990730

l Etat de la technique L'invention concerne un moteur synchrone, en par- ticulier une génératrice pour un véhicule à moteur, avec un système d'excitation se composant d'un certain nombre de "pôles individuels" excités électriquement dans le rotor, se présentant sous la forme de pôles à griffes excités par au moins une bobine commune d'excitation, pôles à griffes dans lesquels pour compenser le flux magnétique de dispersion dans les espaces libres compris entre les pôles à griffes orientés axialement les uns vers les autres des platines polaires mi- ses aux extrémités axiales du rotor on met en place des ai- mants permanents, qui sont soutenus par rapport aux forces centrifuges par une fixation et qui sont maintenus par celle- ci. On connait 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 connait 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 grâce au fait que la fixation présente deux manchons de maintien cons- titués en forme de méandres, amagnétiques qui sont insérés à la suite sur les deux platines polaires et qui présentent dans le sens axial une largeur qui est égale ou inférieure à la moitié de la dimension axiale du système d'excitation, grâce au fait que les manchons de maintien présentent dans le sens périphérique un certain nombre de sections avec un pre- mier logement extérieur pour la région de la racine d'un pre- mier pôle à griffes de la platine polaire adjacente, un premier logement intérieur avec un premier aimant permanent, un deuxième logement extérieur pour la zone de pointe d'un pôle à griffes de la platine polaire décalée, et un deuxième logement intérieur avec un deuxième aimant permanent, et grâce au fait que le nombre des sections correspond à la moi- tié du nombre des pôles à griffes. Les deux manchons de maintien peuvent être garnis auparavant d'aimants permanents, avant qu'ils n'aient été en- foncés axialement sur une platine polaire avec leurs pôles à griffes. Les platines polaires forment avec les manchons de maintien enfoncés des unités qui sont mises en place lors du montage du rotor sur le système d'excitation préfabriqué. Les manchons de maintien sont fixés dans les platines polaires. Les aimants permanents sont bloqués à l'encontre des forces centrifuges, car les fonds des logements intérieurs servent radialement d'appui aux aimants permanents, de telle sorte que ceux-ci sont seulement mis en pression. On peut en consé- quence utiliser des aimants à ferrites ou aux terres rares, dont la résistance à la compression est sensiblement plus élevée que leur résistance à la traction. Avec le montage préalable des aimants permanents dans les manchons de maintien et grâce à l'assemblage des manchons de maintien avec les aimants permanents avec respec- tivement l'une des deux platines polaires en deux unités, on simplifie et on facilite sensiblement le montage du rotor, car on peut intégrer la construction de ces deux unités dans le processus de montage du rotor de façon simple. Dans ce cas les manchons de maintien avec leurs aimants permanents peu- vent être préfabriqués. Avant de mettre en place les platines polaires sur le système d'excitation les manchons de maintien avec les aimants permanents ont seulement besoin d'être en- foncés sur les platines polaires avec les pôles à griffes et d'être fixés directement à la suite à la platine polaire. La fixation ne comprends que deux manchons de maintien qui peu- vent être fabriqués de façon simple et économique, qui sont constitués d'un seul tenant et sont seulement disposés en étant tournés à 180 dans le rotor. Selon une configuration il est prévu que les man- chons de maintien soient réalisés en une matière non ferroma- gnétique, soudable, tel que de l'acier spécial, du laiton, du bronze ou de l'aluminium et qu'ils soient soudés avec les pôle à griffes. Les manchons de maintien sont de cette ma- nière rapidement et de façon univoque positionné et mis en place de façon solidaire sur la platine polaire. Le soudage est facilité grâce au fait que les premiers logements exté- rieurs pour la zone des racines des pôles à griffes des man- chons de maintien sont soudés avec les côtés intérieurs des pôles à griffes. Comme les pôles à griffes peuvent présenter des sections transversales qui varient, on prévoit selon un déve- loppement que la largeur et la profondeur des logements exté- rieurs des manchons de maintien soient adaptés aux dimensions des zones adjacentes des pôles à griffes et que les logements intérieurs des manchons de maintien soient remplis d'aimants permanents de forme carrée. Dans le cas o l'on utilise deux manchons de maintien identiques, il est prévu de les fixer en les tour- nant à 1800 sur les platines polaires adjacentes et de les orienter dans le sens périphérique de telle sorte que chaque logement extérieur pour la zone de racine d'un pôle à griffes se transforme en un logement extérieur pour une zone de pointe d'un pôle à griffes. La fixation des aimants permanents dans les loge- ments intérieurs des manchons de maintien peut avoir lieu par collage, par coulage, par interpénétration par la forme ou par engagement par la force. Selon une autre configuration, il est prévu que dans le cas de pôles à griffes, qui vont en se rétrécissant vers la pointe, les premiers logements extérieurs des man- chons de maintien pour les zones des racines des pôles à griffes vont en se rétrécissant de façon correspondante en direction du centre axial du système d'excitation et que les seconds logements extérieurs pour les zones de pointe des pô- les à griffes s'élargissent de façon correspondante en direc- tion du centre axial du système d'excitation De cette façon les logements intérieurs avec les aimants permanents sont aussi automatiquement alignés sur les espaces libres compris entre les pôles à griffes des deux platines polaires qui sont orientés les uns vers les autres et garnissent ceux-ci lors de l'assemblage du rotor. Chaque espace libre est en conséquence garni de deux aimants perma- nents disposés l'un derrière l'autre, maintenus par les deux manchons de maintien. Selon une configuration le moteur synchrone peut être construit de telle sorte que les manchons de maintien sont dans la zone des premiers logements extérieurs pour les pôles à griffes adaptés au diamètre extérieur du système d'excitation et de telle sorte que le diamètre extérieur des manchons de maintien dans la zone du premier et du deuxième logement intérieur avec les aimants permanents corresponde au diamètre extérieur des pôles à griffes. La construction peut toutefois être réalisée de telle façon que le rotor soit constitué pour un moteur à pô- les externes, que les manchons de maintien dans la zone des premiers logements extérieurs pour les pôles à griffes soient adaptés au diamètre extérieur du stator intérieur et que le diamètre extérieur des manchons de maintien dans la zone du premier et du deuxième logement intérieur avec les aimants permanents corresponde au diamètre extérieur des pôles à griffes. Pour améliorer le refroidissement du moteur syn- chrone il est prévu que les deux manchons de maintien ména- gent un entrefer au milieu du système d'excitation. Pour augmenter la section transversale critique dans la zone de racine des pôles à griffes, on prévoit selon une autre configuration que les logements intérieurs des man- chons de maintien soient entrelacés en fonction des inclinai- sons des espaces libres. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - les deux manchons de maintien libèrent dans le milieu du système d'excitation un entrefer, - les logements intérieurs des manchons de maintien sont en- trelacés en fonction des inclinaisons des espaces libres. On va décrire ci-après l'invention plus en détail à partir d'un exemple de réalisation d'un moteur synchrone, avec un rotor intérieur, exemple représenté sur les dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 montre une représentation en pers- pective de deux manchons de maintien identiques, qui sont placés en position de montage, - la figure 2 montre une coupe longitudinale à travers le rotor avec les manchons de maintien incorporés, - la figure 3 montre une section transversale à travers le rotor le long de la ligne AA selon la figure 2 et, - la figure 4 montre une vue de dessus sur le ro- tor fini de monter. Il est nécessaire d'avoir deux manchons de main- tien 10 et 10' selon la figure 1 dans un rotor pour monter les aimants permanents en compensant le flux de dispersion. Ces manchons de maintien 10 et 10', ondulés en forme de méan- dres, sont constitués de façon identique et sont tournés l'un par rapport à l'autre de 180 et ils présentent une largeur axiale 15 qui est égale ou inférieure à la moitié de la di- mension axiale du système d'excitation avec l'arbre du rotor , le noyau polaire 21 et la bobine d'excitation 22, comme cela ressort de la coupe selon la figure 2. Dans le cas d'un rotor à 12 pôles les manchons de maintien 10 et 10' ont sur le pourtour six sections A ou A'. Chaque section A ou A' a, vu à partir des extrémités axiales du rotor, dans le sens des aiguilles d'une montre, un premier logement extérieur 11 ou 11' pour une zone de racine qui lui est adjacente, d'un pôle à griffes 25 ou 27, un premier logement intérieur 12 à 12' pour un aimant permanent 30, un deuxième logement extérieur 13 ou 13' pour une zone de pointe d'un pôle à griffes 25 ou 27, et un deuxième logement intérieur 14 ou 14' pour un ai- mant permanent 30. Quand ils sont montés les deux manchons de maintien 10 et 10' sont constitués de telle façon que les premiers logements extérieurs 11 du premier manchon de main- tien 10 se transforment axialement en les deux logements ex- térieurs 13' du deuxième manchon de maintien 10'. De cette façon on a aussi l'assurance que les premiers logements exté- rieurs 11' du deuxième manchon de maintien 10' se transfor- ment en les deux logements extérieurs 13 du premier manchon de maintien 10. Les logements intérieurs 12 et 14 du premier manchon de maintien 10 se transforment en les logements inté- rieurs 12' et 14' du deuxième manchon de maintien 10'. La largeur et la profondeur des logements exté- rieurs 11, 11', 13 et 13' sont adaptées aux zones adjacentes des pôles à griffes 25 et 27, qui varient dans le sens axial aussi bien en largeur qu'en épaisseur aussi, comme cela res- sort de la section transversale selon la figure 3 et de la vue de dessus selon la figure 4. Les aimants permanents 30 qui ont environ la même longueur, sont insérés dans les logements intérieurs 12, 12', 14 et 14' et sont maintenus dedans par collage, coulage, com- plémentarité de forme ou engagement à friction. Les manchons de maintien 10 et 10', ainsi préfabriqués, sont enfoncés axialement par le côté avec les pôles à griffes respective- ment sur les pôles à griffes 25 ou 27 des platine polaire 24 et 26, jusqu'à ce qu'ils viennent en appui sur ces dernières. Pour la fixation on peut souder les manchons de maintien 10 et 10' dans la zone des premiers logements extérieurs 11 ou 11' avec les pôles à griffes 25 ou 27, comme on peut le voir aux points de soudage 16 selon la figure 3. Pour cela les manchons de maintien 10 et 10' sont fabriqués en une matière non ferromagnétique, soudable, telle qu'un acier spécial, du laiton, du bronze ou de l'aluminium. Si les platines polaires 24 et 26 avec les manchons de maintien 10 et 10' et les ai- mants permanents 30 sont composés de deux unités, ils sont alors mis en place sur le système d'excitation déjà monté. Dans ce cas il y a lieu de faire attention à l'alignement du côté du pourtour des platines polaires 24 et 26 et des man- chons de maintien 10 et 10', qui a été décrit au début, afin que puisse être prise la position finale que l'on peut voir à la figure 4, position dans laquelle les pôles à griffes 25 et 27 occupent les logements extérieurs 11 et 13' ou 11' et 13, qui se transforment les uns dans les autres, tandis que les logements intérieurs 12 et 12' ou 14 et 14' qui se transfor- ment les uns dans les autres, avec les aimants permanents 30 insérés dedans remplissent les espaces libres compris entre les pôles à griffes 25 et 27. Dans ce cas on peut aussi ras- sembler les aimants permanents 30 par paires, comme on l'a indiqué à la figure 3 par des lignes de liaison en forme d'arcs. La liaison des deux aimants permanents a lieu dans ce cas dans la zone des platines polaires 24 et 26, o les deux logements intérieurs 12 et 14 ou 12' et 14' se dirigent l'un vers l'autre. Dans ce cas les logements intérieurs peuvent aussi être entrecroisés en fonction des inclinaisons des es- paces libres, pour augmenter la section transversale critique dans la zone de la racine des pôles à griffes 25 et 27. Comme le montre la vue de dessus selon la figure 4, il se forme dans le milieu axial du système d'excitation entre les manchons de maintien 10 et 10' avec les aimants permanents 30 un entrefer 17, pour pouvoir compenser des to- lérances axiales lors du montage des manchons de maintien 10 et 10' dans les platines polaires 24 et 26. Cet entrefer 17 apporte en outre une amélioration au refroidissement du mo- teur synchrone. Les premiers logements extérieurs 11 et 11', qui reçoivent cette zone de la racine des pôles à griffes 25 et 27, sont adaptés quant à leur diamètre extérieur au diamètre extérieur des pôles à griffes 25 et 27, de telle sorte qu'ils ne débordent pas de ceux-ci sur le pourtour, mais de préfé- rence se terminent à fleur avec ceux-ci. Si le rotor est constitué sous la forme d'un ro- tor extérieur, le rotor extérieur entoure alors le stator in- térieur et les premiers logements extérieurs 11 et 11' sont adaptés quant à leur diamètre intérieur au diamètre extérieur du stator intérieur. R E V E N D I CAT I ON S 1 ) Moteur synchrone, en particulier génératrice pour un vé- hicule à moteur, avec un système d'excitation se composant d'un certain nombre de "pôles individuels" excités électri- quement dans le rotor, se présentant sous la forme de pôles à griffes excités par au moins une bobine commune d'excitation, pôles à griffes dans lesquels pour compenser le flux magnéti- que de dispersion dans les espaces libres compris entre les pôles à griffes orientés axialement les uns vers les autres des platines polaires mises aux extrémités axiales du rotor on met en place des aimants permanents, qui sont soutenus par rapport aux forces centrifuges par une fixation et qui sont maintenus par celle-ci, caractérisé en ce que * la fixation présente deux manchons de maintien (10, 10') amagnétiques, constitués en forme de méandres, manchons de maintien (10, 10') qui sont posés respectivement axialement sur les pôles à griffes (25, 27) des platines polaires (24, 26), et présentent dans le sens axial une largeur, qui est égale ou inférieure à la moitié de la dimension axiale du système d'excitation (21, 22), * les manchons de maintien (10, 10') présentent sur leur pourtour un certain nombre de sections (A, A') qui se sui- vent les unes les autres de façon répétée, avec un premier logement extérieur (11 ou 11') pour la zone de la racine de ces pôles à griffes (25 ou 27) des platines polaires (24 ou 26) qui leurs sont adjacentes, un premier logement inté- rieur (12 ou 12') avec un premier aimant permanent (30), un deuxième logement extérieur (13 ou 13') pour la zone de pointe des pôles à griffes (27 ou 25) de l'autre platine polaire (26 ou 24) et un deuxième logement intérieur (14 ou 14') avec respectivement un second aimant permanent(30), et * le nombre des sections (A, A') correspond à la moitié du nombre des pôles à griffes (25 ou 27). 2 ) Moteur synchrone selon la revendication 1, caractérisé en ce que les manchons de maintien (10, 10') sont réalisés en une ma- tière non ferromagnétique, soudable, telle qu'un acier spé- cial, du laiton, du bronze ou de l'aluminium et sont soudés avec les pôles à griffes (25, 27). 3 ) Moteur synchrone selon la revendication 2, caractérisé en ce que les premiers logements extérieurs (11 ou 11') pour les zones de racine des pôles à griffes (25, 27) des manchons de main- tien (10, 10') sont soudés (16) avec les côtés intérieurs des pôles à griffes (25, 27). 4 ) Moteur synchrone selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que * la largeur et la profondeur des logements extérieurs (11, 11', 13, 13') des manchons de maintien (10, 10') sont adap- tées aux dimensions des zones adjacentes des pôles à grif- fes (25, 27) et a les logements intérieurs (12, 12', 14, 14') des manchons de maintien (10, 10') sont remplis avec des aimants permanents (30) de forme carrée. ) Moteur synchrone selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que * les deux manchons de maintien (10, 10') sont constitués de façon identique et sont tournés à 180 dans les platines polaires adjacentes (24, 26) et * ils sont alignés dans le sens périphérique de telle sorte que chaque premier logement extérieur (11 ou 11') pour une zone de racine d'un pôle à griffes (25, 27) se transforme en un deuxième logement extérieur (13' ou 13) pour une zone de pointe d'un pôle à griffes (25, 27). 6 ) Moteur synchrone selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les aimants permanents (30) sont avant le montage des man- chons de maintien (10, 10') fixés dans les platines polaires (24, 26) avec leurs pôles à griffes (25, 27) par collage, Il coulage, par interpénétration par la forme ou par engagement par la force dans les logements intérieurs (12, 12', 14, 14') des manchons de maintien (10, 10'). 7 ) Moteur synchrone selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que * dans le cas de pôles à griffes (25, 27) qui vont en se ré- trécissant vers la pointe, les premiers logements exté- rieurs (11, 11') des manchons de maintien (10, 10') pour les zones de la racine des pôles à griffes (25, 27) vont en se rétrécissant de façon correspondante en direction du mi- lieu axial du système d'excitation (21, 22) et * les deuxièmes logements extérieurs (13, 13') pour les zones de pointe des pôles à griffes (25, 27) vont en s'élargis- sant en direction du milieu axial du système d'excitation (21, 22) de façon correspondante. 8 ) Moteur synchrone selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que * les manchons de maintien (10, 10') dans la zone des pre- miers logements extérieurs (11, 11') pour les pôles à grif- fes (25, 27) sont adaptés au diamètre extérieur du système d'excitation (21, 22) et * le diamètre extérieur des manchons de maintien (10, 10') dans la zone des premiers et des seconds logements inté- rieurs (12, 12', 14, 14') avec les aimants permanents (30) correspond au plus au diamètre extérieur des pôles à grif- fes (25, 27). 9 ) Moteur synchrone selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que * le rotor est constitué pour un moteur à pôles externes, * les manchons de maintien (10, 10') dans la zone des pre- miers logements extérieurs (11, 11') pour les pôles à grif- fes (25, 27) sont adaptés au diamètre extérieur du stator interne et * le diamètre extérieur des manchons de maintien (10, 10') dans la zone des premiers et des seconds logements (12, 12', 14, 14') avec les aimants permanents (30) correspond au diamètre extérieur des pôles à griffes (25, 27). ) Moteur synchrone selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les deux manchons de maintien (10, 10') libèrent dans le mi- lieu du système d'excitation un entrefer (17). 11 ) Moteur synchrone selon, l'une des revendications i à 10, caractérisé en ce que les logements intérieurs (12, 12', 14, 14') des manchons de maintien (10, 10') sont entrelacés en fonction des inclinai- sons des espaces libres.