Brevet FR2808627A1 — publié le 20011109

La présente invention concerne les machines tournantes électriques et plus particulièrement mais non exclusivement un rotor de moteur synchrone et un procédé de fabrication d'un tel rotor. L'invention concerne en particulier les rotors dits à concentration flux, comportant pluralité de masses polaires et une pluralité d'aimants assujettis aux masses polaires et fixés dans des logements du rotor. masses polaires concentrent le flux magnétique des aimants, qui permet une construction compacte et robuste, les aimants utilisés pouvant être ferrite ou en terres rares. L'invention vise à simplifier la fabrication de tels rotors, notamment quant à la fixation des aimants. Elle y parvient grâce à un nouveau rotor de machine tournante électrique, comportant de façon connue une pluralité de masses polaires et une pluralité d'aimants assujettis aux masses polaires et fixés dans des logements du rotor, ce rotor étant caractérisé par fait que a) lesdits logements sont formés entre les masses polaires, b) masses polaires sont agencées de manière à ce que lesdits logements s'élargissent sous l'effet de la force centrifuge lorsque le rotor tourne à une vitesse supérieure à vitesse prédéterminée, cet élargissement tendant à diminuer lorsque la vitesse de rotation diminue, c) aimants sont agencés pour s'engager dans les intervalles formés par l'élargissement des logements lorsque le rotor tourne à une vitesse supérieure à ladite vitesse prédéterminée, de sorte que les masses polaires enserrent les aimants lorsque la vitesse du rotor redescend en deçà de ladite vitesse prédéterminée. Grâce à l'invention, on dispose d'un moyen simple et efficace pour assujettir les aimants aux masses polaires du rotor. Les aimants peuvent être mis en place facilement, puisqu'il n'est pas nécessaire de les insérer initialement entre les masses polaires avec une force importante, la mise en position définitive des aimants s'effectuant d'elle-même lorsque le rotor est entraîné en rotation. De plus, grâce à l'invention, en faisant tourner plus ou moins vite le rotor on peut obtenir un déplacement plus ou moins grand des masses polaires et des aimants entre les masses polaires agir sur le diamètre extérieur du rotor. Cela permet de réaliser les aimants et les masses polaires ainsi que le stator avec des tolérances fabrication plus larges, puisqu'il est possible grâce à l'invention d'ajuster le diamètre extérieur du rotor à une valeur souhaitée en le faisant tourner plus ou moins vite. Dans réalisation particulière, les aimants présentent en section transversale une forme générale de coin, étant plus larges du côté radialement intérieur du rotor que de son côte radialement extérieur. Les aimants peuvent ainsi se présenter chacun sous la forme d'une barre parallèle à l'axe de rotation du rotor et de section transversale sensiblement trapézoïdale. Dans une réalisation particulière, les logements présentent en section transversale une forme de dièdre convergeant vers l'extérieur du rotor. Cette forme de logement est tout particulièrement adaptée à recevoir des aimants en forme de coin. Le nombre d'aimants par étage du rotor est compris par exemple entre quatre et soixante-quatre, pouvant être égal à huit. Les masses polaires sont avantageusement réalisées par empilage de tôles magnétiques, ce qui permet de réduire les pertes par courants induits. Dans une réalisation particulière, chaque masse polaire présente surface radialement extérieure cylindrique, de directrice constituée par un arc de cercle. Toujours dans une réalisation particulière, les masses polaires sont disposées sur des barreaux peuvent être solidaires d'au moins une joue. Le nombre de joues Ni sera de préférence égal au nombre étages NE plus un (Ni = + 1). Dans une réalisation particulière, les barreaux sont assemblés avec ou les joues. Le rotor peut comporter des ailettes de ventilation fixées sur une plusieurs joues. Avantageusement, ces ailettes de ventilation sont fixées sur la les joues correspondantes au moyen de vis vissées sur les barreaux. Elles peuvent alors remplacer avantageusement des rondelles. Dans une réalisation particulière, les barreaux sont réalisés d'un seul tenant avec une joue. Toujours dans une réalisation particulière, les barreaux sont solidaires d'un moyeu permettant de retenir radialement les aimants. Les barreaux précités peuvent être réalisés d'un seul tenant avec le moyeu. Les barreaux peuvent être répartis sur la périphérie du moyeu, du côté radialement extérieur de celui-ci. De préférence, chaque barreau est apte à coopérer par complémentarité de formes avec une découpe correspondante réalisée sur la ou les masses polaires associées. Les barreaux peuvent présenter chacun, en section transversale, une forme de T ou de queue d'aronde. En l'absence de moyeu permettant de retenir les aimants, chaque masse polaire peut comporter une butée permettant de retenir un aimant dans logement lors du montage. Une telle butée être constituée par un ergot formant saillie du côté du logement. De preférence, les joues sont en matière amagnétique, même que les barreaux (inox amagnétique, alliage léger, ... ). L'invention a encore pour objet un procédé de fabrication d'un rotor de machine tournante électrique, comprenant une pluralité de masses polaires et une pluralité d'aimants assujettis aux masses polaires, ce procédé étant caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes - positionner les aimants en regard ou dans des logements formés entre les masses polaires, - faire tourner le rotor à une vitesse supérieure à sa vitesse de rotation nominale de maniere à ce que les aimants s'engagent sous l'effet de force centrifuge entre les masses polaires, - arrêter la rotation du moteur, les aimants restant coincés entre les masses polaires. De préférence, les aimants sont introduits en totalité dans les logements avant la mise en rotation du rotor. On peut faire tourner le rotor à une vitesse par exemple supérieure de 20 ,4- à sa vitesse de rotation nominale, de préférence à une vitesse supérieure 30 % à sa vitesse de rotation nominale. Avantageusement, on fait tourner le rotor à une vitesse choisie en fonction du diamètre final à donner au rotor. L'invention a encore pour objet machine tournante électrique, caractérisée par le fait qu'elle comporte un rotor tel que defini plus haut. L'invention s'applique en particulier à la fabrication du rotor d'un moteur synchrone. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de réalisation non limitatifs, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel - la figure 1 est une vue schématique, en perspective, d'un rotor de moteur synchrone conforme à un premier exemple réalisation de l'invention, l'arbre du rotor n'étant pas représenté, - la figure 2 est une vue en élévation de la figure 1, - la figure 3 est une coupe transversale schématique selon le trait de coupe 111-11I de la figure 2, - la figure 4 représente un détail de réalisation de la figure 3, - la figure 5 est une vue schématique partielle, en perspective, d'un rotor de moteur synchrone conforme à un deuxième exemple de réalisation de l'invention, et - la figure 6 est une coupe transversale schématique selon le trait de coupe VI-VI de la figure 5. On a représenté sur les figures I à 4 un rotor 1 d'axe X de moteur synchrone comprenant deux étages 2 comportant chacun une pluralité de masses polaires 3 constituant des concentrateurs de flux et entre les masses polaires une pluralité d'aimants 4, comme on peut le voir en particulier sur figure 3. Chaque masse polaire 3 est constituée de façon connue en soi par un empilage de tôles magnétiques, de manière à réduire pertes par courants induits. Les masses polaires 3 sont engagées chacune sur une paire de barreaux 5 parallèles, en inox amagnétique dans l'exemple de réalisation décrit. Chaque étage 2 comporte, de part et d'autre des masses polaires 3 et des aimants 4 dans le sens de l'axe X, des joues 6 en inox amagnétique dans l'exemple de réalisation décrit, les deux étages 2 ayant .joue 0 en commun, comme on peut le voir sur la figure 2. Les barreaux 5 comportent à leurs extrémités des trous borgnes taraudés dans lesquels sont engagées des vis dont on aperçoit les têtes 10 sur les figures 1 et 2. Par serrage de ces vis 10, on peut comprimer l'empilage constitué par les masses polaires 3 et les joues 6. Les têtes de vis 10 s'appliquent sur les joues 6 situées aux extrémités axiales du rotor par l'intermédiaire d'ailettes de ventilation 1 1 et 15 qui remplacent les rondelles conventionnellement utilisées. Ces ailettes de fixation 11 et 15 comportent des bases planes qui sont appliquées sur les faces d'extrémités des joues 6 correspondantes et des bords relevés 13 et l6 destines à créer, lorsque le rotor 1 tourne autour de son X, un flux d'air de refroidissement. remarquera dans l'exemple décrit que les ailettes 1 disposées sur l'une des joues 6 ont leur bord relevé 13 dirigé dans le sens de la rotation alors que les ailettes 15 disposées sur l'autre joue ont leur bord relevé 16 dirigé dans le sens opposé. Chaque masse polaire 3 présente dans l'exemple de réalisation considéré, comme on peut le voir sur la figure 3, un bord radialement extérieur 18 circulaire d'axe X et un bord radialement intérieur 19 comprenant deux portions rectilignes 20 réunies par un arrondi 21 concave vers l'axe X. On remarquera que la dimension radiale de chaque piece polaire 3 est plus grande sur un côté 23 que du côté opposé 24, de manière à permettre la réalisation sur la portion de ce côté 23 qui s'étend radialement vers l'intérieur au-delà bord 24'en regard, d'une butée 26, comme représenté sur la figure 4. Cette butée 26 est destinée à retenir un aimant 4 dans le logement formé entre les côtés 23 24 de deux masses polaires 3 adjacentes lors de la mise en place initiale des aimants entre les masses polaires. joues 6 servent à la fixation du rotor 1 sur un arbre 27, par tout moyen de fixation approprié. Dans l'exemple de réalisation décrit, les côtés 23 24 de deux masses polaires 3 adjacentes définissent des logements en forme de dièdre et les aimants 4 sont constitués par des barres allongées parallèlement à l'axe X, section transversale trapézoïdale, moins large du côté radlalement extérieur du rotor que de son côté radialement intérieur. La largeur d'ouverture des logements formés entre` les masses polaires est choisie de telle sorte qu'elle permette une mise en place aisée des aimants 4, lesquels sont maintenus place dans les logements grâce aux butées 26. Ainsi, la mise en place des aimants 4 peut s'effectuer sans quïl soit nécessaire de chauffer rotor pour le dilater ou d'exercer une force importante pour pousser les aimants 4 dans les logements correspondants. Les aimants 4 ont une dimension radiale choisie de telle sorte que lorsqu'ils sont mis en place dans les logements correspondants, leur extrémité radialement extérieure se situe en retrait du bord radialement extérieur 18 des masses polaires 3 qui les enserrent. Pour assurer une fixation stable et permanente des aimants sur le rotor 1, on entraîne celui-ci en rotation à une vitesse supérieure à sa vitesse de rotation nominale, par exemple à une vitesse supérieure de 20 ou 30 % à sa vitesse de rotation nominale. Sous l'effet de la force centrifuge, les masses polaires 3 et les joues 6 se dilatent radialement vers l'extérieur, ce qui provoque un élargissement des logements formés entre les côtés 23 et 24 des masses polaires 3 et permet aimants 4 de se déplacer radialement vers l'extérieur pour s'insérer davantage entre les masses polaires 3. Lorsque le rotor 1 redescend à sa vitesse de rotation nominale, la dilatation précédemment obtenue grâce à la survitesse disparaît et le rotor 1 tend à vouloir se contracter. Les aimants 4 n'effectuant pas de mouvements inverses vers l'intérieur du rotor, les masses polaires 3 sont empêchées de reprendre leur configuration initiale et les aimants 4 se trouvent très fortement serrés entre celles-ci. On obtient ainsi une fixation fiable des aimants 4, sans qu'il ait été nécessaire pour autant de les insérer en exerçant une force importante. De plus, étant donné que les masses polaires 3 ne retrouvent pas leur configuration initiale après le déplacement des aimants 4 vers la périphérie du rotor 1, on peut en choisissant la vitesse de rotation à laquelle le rotor est entraîné obtenir un rotor de diamètre extérieur plus ou moins important. On peut ainsi réaliser les masses polaires, les aimants et le stator avec des tolérances de fabrication plus grandes, puisque l'on peut compenser dans une certaine mesure des écarts par rapport à des côtes nominales grâce à une rotation vitesse plus ou moins élevée. On a représenté partiellement sur les figures 5 et 6 un rotor 30 de moteur synchrone, d'axe X, selon un deuxième exemple de mise en oeuvre de l'invention. Le rotor 30 comporte, à l'instar du rotor 1, une pluralité de masses polaires 31 et d'aimants 32, formant ici un unique étage. Chaque masse polaire 31 est engagée, comme on peut le voir sur la figure 6, sur un barreau formant saillie sur la surface radialement extérieure moyeu 34. Chaque barreau 33 présente en section transversale une forme générale de T, avec une partie radialement extérieure 33a ayant une section transversale rectangulaire perpendiculaire rayon passant par son milieu et une partie de liaison 33b orientée radialement. La partie de liaison 33b se raccorde à une partie du moyeu 34 ayant en section transversale forme de V, avec deux branches 34a divergeant en direction du centre du moyeu. branches 34a se raccordent à des portions 34b en forme d'arc de cercle autour de l'axe X, concaves vers ce dernier. Chaque masse polaire 31 comporte un évidement de section transversale de forme complémentaire de celle du barreau associé 33, pour recevoir ce dernier. Les barreaux 33 sont réalisés dans l'exemple décrit d'un seul tenant avec le moyeu 34. Ce dernier est destiné à être fixé sur un arbre non représenté. Le moyeu 34 comporte des protubérances de section transversale demi- circulaire, formant saillie sur sa surface radialement intérieure, ces protubérances étant réalisées en regard d'un barreau 33 sur deux et définissant chacune avec les branches 34a correspondantes un passage axial 36. Le moyeu 34 comporte également, à l'une de ses extrémités axiales, une joue 37 qui est réalisée d'un seul tenant avec lui. Une seconde joue 38 est rapportée du côté opposé à la joue 37 pour maintenir axialement les masses polaires 31 et les aimants 32. Pour effectuer la mise en place initiale des masses polaires 31 et des aimants 32 sur le rotor 30, on engage les masses polaires 31 sur les barreaux 33 en les faisant coulisser axialement sur ces derniers, puis on introduit axialement les aimants dans les logements correspondants formés entre les masses polaires 31. On termine le montage en fixant la seconde joue 38 sur le moyeu 34, de manière à immobiliser axialement les masses polaires 31 et les aimants 32. Le moyeu 34 remplace les butées 26 de l'exemple de réalisation precédent, et assure le maintien, avec un jeu dans le sens radial, des aimants 32 dans les logements formés entre les masses polaires 31. La fixation définitive des aimants 32 entre les masses polaires 31 réalisée de façon analogue ` l'exemple de réalisation décrit précédemment en faisant tourner le rotor à une vitesse supérieure à sa vitesse de rotation nominale. Lorsque le rotor est arrêté, les aimants se trouvent coincés entre - . masses polaires 31. On remarquera que, une fois les aimants 32 fixés entre les masses polaires 31, leur extrémité radialement intérieure se situe en retrait des bords radialement intérieurs des masses polaires 1 adjacentes. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits. On peut notamment modifier les moyens de fixation utilisés pour assembler les masses polaires. REVENDICATIONS 1. Rotor (1 ; 3(1) de machine tournante électrique, comprenant une pluralité de masses polaires (3 ; 31) et une pluralité d'aimants (4 ; 32) assujettis masses polaires et fixés dans des logements du rotor, caractérisé par le fait que a) lesdits logements sont formés entre les masses polaires (3 ; 31 b) masses polaires sont agencées de manière à ce que lesdits logements s'élargissent sous l'effet de la force centrifuge lorsque le rotor tourne à une vitesse supérieure à vitesse prédéterminée, cet élargissement tendant à diminuer lorsque la vitesse de rotation diminue, les aimants sont agencés pour s'engager dans les intervalles formés par l'élargissement des logements lorsque le rotor tourne à une vitesse supérieure à ladite vitesse prédéterminée, de sorte que les masses polaires enserrent les aimants lorsque la vitesse du rotor redescend en deçà de ladite vitesse prédéterminée. 2. Rotor selon la revendication immédiatement précédente, caractérisé par le fait que les aimants (4 ; 32) présentent, en section transversale, une forme générale de coin, étant plus larges du côté radialement intérieur du rotor que du côté radialement extérieur. 3. Rotor selon l'une des deux revendications immédiatement précédentes, caractérisé par le fait que chaque aimant se présente sous la forme d'une barre parallèle à l'axe (X) de rotation du rotor, de section transversale sensiblement trapézoïdale. 4. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les logements présentent chacun, en section transversale, forme de dièdre convergeant vers l'extérieur du rotor. 5. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le nombre d'aimants par étage du rotor est compris entre quatre soixante- quatre. 6. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les masses polaires (3 ; 31) sont disposées sur des barreaux (5 ; 7. Rotor selon la revendication immédiatement précédente, caractérisé par le fait que lesdits barreaux (5 ; 33) sont solidaires d'au moins une joue (6 ; 37 ; 3R). 8. Rotor selon la revendication immédiatement précédente, caractérisé par le fait que les barreaux (5) sont assemblés sur la joue (6). 9. Rotor selon la revendication immédiatement précédente, caractérisé par le fait qu'il comporte des ailettes ventilation (1 1 ; 15) fixées sur au moins une joue (6). 10. Rotor selon la revendication immédiatement précédente, caractérisé par le fait que les ailettes de ventilation (11 ; 15) sont fixées sur la ou les joues correspondantes (6) au moyen de vis (10) vissées sur les barreaux (5). 11. Rotor selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les barreaux (33) sont réalisés d'un seul tenant avec une joue (37). 12. Rotor selon la revendication 6 ou 7, caractérisé par le fait que les barreaux sont solidaires d'un moyeu (34) permettant de retenir radialement les aimants. 13. Rotor selon la revendication immédiatement précédente, caractérisé par le fait que les barreaux (33) sont realisés d'un seul tenant avec le moyeu (34). 14. Rotor selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé par le fait que les barreaux (33) sont répartis sur la périphérie du moyeu (34), du côté radialement extérieur de celui- 15. Rotor selon la revendication immédiatement précédente, caractérisé par le fait que chaque barreau (33) apte à coopérer par complémentarité de formes avec une découpe correspondante réalisee sur la ou les masses polaires associées (31). 16. Rotor selon l'une des revendications 14 et 15, caractérisé par le fait que les barreaux (33) présentent chacun, en section transversale, une forme de T ou de queue d'aronde. 17. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que chaque masse polaire comporte une butée (26) permettant de retenir un aimant (4) dans son logement lors du montage initial. 18. Procédé de fabrication d'un rotor de machine tournante électrique, comprenant une pluralité de masses polaires et une pluralité d'aimants assujettis aux masses polaires, caractérisé le fait qu'il comprend les étapes suivantes - positionner les aimants (4 ; 32) en regard ou dans des logements formés entre les masses polaires (3 ; 31), - faire tourner le rotor à une vitesse supérieure à sa vitesse de rotation nominale, de manière à ce que les aimants s'engagent sous l'effet de la force centrifuge entre masses polaires, - arrêter la rotation du moteur, les aimants restant coincés entre les masses polaires. 19. Procédé selon la revendication immédiatement précédente, caractérisé le fait les aimants (4 ; 32) sont introduits en totalité dans les logements avant la mise en rotation du rotor. 20. Procédé selon l'une des deux revendications immédiatement précédentes, caractérisé par le fait que l'on fait tourner le rotor à une vitesse choisie en fonction diamètre extérieur à donner au rotor. 21. Moteur synchrone, caractérisé par le fait qu'il comporte un rotor tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 17.