Brevet FR2816458A1 — publié le 20020510

ALTERNATEUR POUR VEHICULE COMPORTANT DES AIMANTS PERMANENTS DANS UN ROTOR La présente invention se rapporte à un alternateur tel qu'un alternateur du type sans balai pour des véhicules tels que voitures particulières et camions et un procédé de fabrication de celui-ci. Dans les alternateurs sans balai (générateurs de courant alternatif), une bobine d'excitation est enroulée sur un noyau d'inducteur qui est prévu séparément d'un noyau de rotor et qui est fixé sur une armature de telle façon que seul le noyau de rotor tourne lors de l'opération de génération de puissance électrique. Pour la rotation lors de l'opération de génération de puissance électrique, le noyau de rotor est éloigné du noyau d'inducteur par un espace. Cet espace provoque des fuites magnétiques et la réduction de la puissance électrique générée par l'alternateur par comparaison avec un alternateur normal du type à balais de taille similaire. Les documents JP-A-4-165950 et JP-A-4-251553 décrivent des alternateurs du type sans balai qui comportent des aimants permanents entre des chevilles adjacentes d'un noyau de rotor pour limiter la fuite du flux survenant entre les chevilles. Les chevilles et les aimants permanents sont intégrés à un élément de maintien pour empêcher les aimants permanents de tomber hors du noyau de rotor. Toutefois, cette disposition entraine des constructions compliquées autour des aimants permanents et des procédés de fabrication et d'assemblage compliqués. La présente aborde ce problème, et elle a pour objet d'améliorer la puissance électrique générée par un alternateur sans compliquer les procédés de fabrication et d'assemblage. Conformément à la présente invention, un alternateur, comprenant une armature, comporte un rotor qui comprend une paire de noyaux magnétiques. Les noyaux magnétiques comprennent une pluralité de parties de chevilles disposées alternativement dans un sens de rotation, respectivement. Les parties de chevilles sont raccordées l'une à l'autre par un anneau non magnétique. Un aimant permanent est interposé entre deux, adjacentes, des parties de chevilles et il est maintenu fixe en position par l'anneau non magnétique. Les aimants permanents sont situés en étoile à l'intérieur ou à l'extérieur de l'anneau non magnétique. Les buts ci-dessus de la présente invention et d'autres deviendront plus apparents à partir de la description détaillée suivante faite en se référant aux dessins annexés. Sur les dessins: La figure 1 est une vue en coupe représentant un alternateur selon un premier mode de réalisation de la présente invention; La figure 2 est une vue en plan représentant un anneau non magnétique utilisé dans le premier mode de réalisation; La figure 3 est une vue simplifiée représentant l'anneau non magnétique avec les chevilles vu de son intérieur dans un sens radial dans le premier mode de réalisation; La figure 4 est une vue simplifiée représentant un procédé d'assemblage de l'anneau non magnétique et d'un aimant permanent dans le premier mode de réalisation; La figure 5 est une vue latérale représentant une partie d'un rotor auquel est assemblé l'aimant permanent dans le premier mode de réalisation; La figure 6 est une vue en coupe représentant une partie du rotor d'un alternateur selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention; La figure 7 est une vue latérale représentant une partie du rotor avec lequel sont assemblés les aimants permanents dans le deuxième mode de réalisation; La figure 8 est une vue en coupe prise selon la ligne VIII-VIII sur la figure 7 représentant les aimants permanents et l'anneau non magnétique dans le deuxième mode de réalisation; La figure 9 est une vue en perspective représentant de façon simplifiée les segments conducteurs d'une bobine de stator utilisée dans le deuxième mode de réalisation; La figure 10 est une vue latérale représentant une partie du rotor utilisant le segment conducteur dans le deuxième mode de réalisation; et La figure 11 est une vue en perspective représentant un segment conducteur qui n'a pas de partie tournante. On décrira plus en détail la présente invention qui se rapporte aux alternateurs du type sans balai en se référant aux divers modes de réalisation. (Premier mode de réalisation) En se référant d'abord à la figure 1, un alternateur 1 comporte un rotor 2, une bobine d'excitation 3, un stator 4, des armatures avant et arrière 5, un dispositif redresseur 6, un dispositif régulateur de tension 7, un couvercle arrière 8 et autres. Le rotor 2 comprend un arbre rotatif 21, un noyau magnétique côté arrière (noyau de rotor) 22 fixé à l'arbre 21, un noyau magnétique en forme de couronne annulaire (noyau de rotor) 23, un anneau non magnétique 24 raccordant les noyaux magnétiques 22 et 23 l'un à l'autre, une pluralité d'aimants permanents 25 fixés à l'anneau non magnétique 24, et un ventilateur de refroidissement 26 fixé à l'extrémité axiale du noyau magnétique 22. Le noyau magnétique 22 comprend une partie de bossage cylindrique 22a emmanchée à la presse sur l'arbre rotatif 21, une partie de disque 22b se prolongeant radialement vers l'extérieur à partir de la partie de bossage 22a, et une pluralité de parties de chevilles 22c se prolongeant dans le sens axial à partir de la périphérie externe de la partie de disque 22b parallèlement à la partie de bossage 22a. Le noyau magnétique 23 comprend une partie cylindrique 23b et une pluralité de pièces de chevilles 23c se prolongeant à partir de la partie cylindrique 23b dans le sens axial parallèlement aux pièces de chevilles 22c du noyau magnétique 22. Les parties de chevilles 22c et 23c sont disposées alternativement dans le sens circonférentiel (sens de rotation du rotor 4) sont et raccordées fermement l'une à l'autre par l'anneau non magnétique 24. Par exemple, on insère étroitement l'anneau non magnétique 24 dans l'intérieur radial des pièces de chevilles 22a dans le sens axial et ensuite on insère les parties de chevilles 23a dans l'extérieur radial de l'anneau non magnétique 24 dans le sens axial. On peut souder ensemble l'anneau non magnétique 24 et les parties de chevilles 22a, 23a pour renforcer le raccordement entre eux. Chaque aimant permanent 25 est interposé dans un espace prévu entre les parties de chevilles adjacentes 22c et 23c comme représenté sur la figure 5. Comme représenté sur les figures 2 et 3, l'anneau non magnétique 24 est en forme de ceinture annulaire. L'anneau non magnétique 24 présente une pluralité de rainures 24a sur le côté périphérique interne afin de recevoir les aimants permanents 25 à l'intérieur. La position et le nombre des rainures 24a sont déterminés afin qu'elles soient situées entre les parties de chevilles adjacentes 22c et 23c. La rainure 24 présente la même inclinaison par rapport à l'axe central de l'anneau non magnétique 24 que les surfaces d'extrémité circonférentielles opposées des parties de chevilles 22c et 23c. Comme représenté sur les figures 4 et 5, chaque aimant permanent 25 est en forme de parallélépipède rectangle pour s'ajuster facilement dans l'espace entre les parties de chevilles adjacentes 22c et 23c. L'aimant permanent 25 présente une rainure 25a, qui est inclinée par rapport au petit côté du rectangle. L'aimant permanent 25 est assemblé avec l'anneau non magnétique 24 par les rainures 24a et 25a en prise les unes avec les autres. L'aimant permanent 25 est ainsi localisé du côté radialement interne de l'anneau non magnétique 24. Les noyaux magnétiques 22 et 23 sont assemblés l'un avec l'autre dans une condition de pression dans le sens axial. L'aimant permanent 25 peut être fixé à l'anneau non magnétique 24 par emmanchement à la presse, soudage, fixation par adhésif ou similaire. De plus, on peut remplir de poudre magnétique les espaces entre l'aimant permanent et les parties de chevilles adjacentes 22c, 23c et braser avec un matériau de brasage, de façon que l'aimant permanent 25 et les parties de chevilles adjacentes 22c, 23c soient étroitement fixés les uns avec les autres. En se référant de nouveau à la figure 1, la bobine d'excitation 3 est enroulée sur le noyau d'inducteur cylindrique 31, qui est fixé à l'armature avant par 5 boulons 51. La bobine d'excitation 3 génère ainsi un champ magnétique fixe lorsqu'elle est excitée par un courant de champ. Le stator 4 comprend un noyau de stator 42, des bobines de stator 41 enroulées sur le noyau de stator 42, des isolateurs 44 destinés à isoler électriquement le noyau de stator 42 et les bobines de stator 41. Le noyau de stator 42 est constitué d'une pile de fines plaques d'acier et il est formé avec une pluralité de fentes pour les bobines de stator 41 sur son côté radialement interne. Les armatures 5 maintiennent fermement le stator 4 à partir des deux côtés axiaux, et reçoivent le rotor 2 radialement à l'intérieur du stator 4. Le rotor 2 est supporté en rotation autour de l'arbre rotatif 21 avec un espace entre sa périphérie externe des noyaux magnétiques 22, 23 et le noyau de stator 42. Le noyau d'inducteur 31 et la bobine d'excitation 32 sont situés entre la partie de bossage 22a et la partie cylindrique 23b dans un espace entre la partie de bossage 22a et la partie cylindrique 23b. Les armatures 5 présentent des ouvertures d'entrée d'air de refroidissement 141 du côté de l'extrémité axiale et des ouvertures de sortie d'air de refroidissement 142 près des bobines de stator 41. L'alternateur 1, et en particulier le rotor 2, est fabriqué comme suit. Les aimants permanents 25 sont fixés à l'anneau non magnétique 24. Ensuite, l'unité constituée des aimants permanents 25 et de l'anneau non magnétique 24 est assemblée avec l'un des noyaux magnétiques 22, 23 dans un sens axial. Finalement, l'autre parmi les noyaux magnétiques 22, 23 est assemblé à l'un parmi les noyaux magnétiques 22, 23 dans le sens axial. L'alternateur 1 est entraîné par un moteur (non représenté) par l'intermédiaire d'une poulie (non représentée) et d'une courroie (non représentée). Lorsque le courant de champ est délivré à la bobine d'excitation 3 à partir du régulateur de tension 7, les parties de chevilles 22c et 23c des noyaux magnétiques 22 et 23 sont magnétisées. Les bobines de stator 41 génèrent des tensions de courant alternatif triphasé en réponse au champ magnétique tournant généré par le rotor 2. Ces tensions sont redressées par le dispositif redresseur 6 afin de produire un courant continu de sortie pour charger une batterie (non représentée) et pour les charges électriques (non représentées). Conformément à ce mode de réalisation, les noyaux magnétiques 22 et 23 sont maintenus fermement par l'anneau non magnétique 24 et les aimants permanents 25 sont fixés entre les parties de chevilles 22c et 23c par l'anneau non magnétique 24. Par conséquent, les procédés de fabrication et d'assemblage sont simplifiés. De plus, puisque le noyau magnétique 23 est en forme de couronne annulaire comportant les parties de chevilles 23c, on peut déplacer facilement le noyau magnétique 23 dans le sens axial. Par conséquent, on peut assembler facilement les aimants permanents 25 tout en pressant les aimants permanents 25 sur les surfaces latérales circonférentielles des parties de chevilles 22c et 23c. De plus, puisque l'anneau non magnétique 24 et l'aimant permanent 25 sont formés avec des rainures respectives 24a et 25a et assemblés l'un avec l'autre en accouplant les rainures 24a et 25a, on peut facilement placer les aimants permanents 25 en position. Puisque les aimants permanents 25 sont situés en étoile à l'intérieur de l'anneau non magnétique 24, les aimants permanents 25 ne peuvent tomber hors du rotor du fait de la force centrifuge. Dans le mode de réalisation ci-dessus, on peut changer facilement le débit de l'alternateur en sélectionnant un parmi les aimants permanents tels qu'aimant en ferrite, aimant en néodyme, aimant en alnico, aimant en samarium- cobalt et similaires, qui présentent des forces magnétiques différentes l'un de l'autre, sans changer les spécifications de la bobine de stator 41. Ceci est avantageux même lorsque le rapport d'occupation de la bobine d'excitation 41 dans une fente est limité. L'aimant permanent 25 peut être constitué d'un matériau magnétique doux en résine qui peut être facilement déformé pour s'ajuster entre les parties de chevilles 22c et 23c. (Deuxième mode de réalisation) Dans le deuxième mode de réalisation, comme représenté sur les figures 6 et 7, l'aimant permanent 25 est situé entre les parties de chevilles 22c et 23c des noyaux magnétiques 22 et 23 à l'extérieur radial de l'anneau non magnétique 24 qui relie les noyaux magnétiques 22 et 23. De plus, comme représenté sur la figure 8, chacune des parties de chevilles 22c et 23c présente une section transversale dont la largeur augmente graduellement à partir du côté radialement interne vers le côté radialement externe. Ainsi, l'espace entre les deux, adjacentes, des parties de chevilles 22c et 23c diminue à partir du côté radialement interne vers le côté radialement externe. L'aimant permanent 25 est de forme générale en parallélépipède rectangle présentant une section transversale dont la largeur diminue à partir du côté radialement interne vers le côté radialement externe, en opposition avec les parties de chevilles 22c et 23c. C'est-à-dire que l'angle 0 représenté sur la figure 8 est établi supérieur à 0 degré, de telle façon que les parties de chevilles 22c, 23c et l'aimant permanent 25 présentent des surfaces respectives en pente. Ainsi, l'aimant 25 est pressé en position par les parties de chevilles 22c, 23c et l'anneau non magnétique 24. Conformément à ce mode de réalisation, puisque la largeur radialement interne de l'aimant permanent 25 augmente, l'aimant permanent 25 peut entrer en contact avec les noyaux magnétiques 22c, 23c et l'anneau non magnétique 24 avec une surface de contact plus grande. De plus, puisque la largeur radialement externe de l'aimant permanent 25 est diminuée, la force centrifuge au niveau de la partie radialement externe est réduite et la chute de l'aimant permanent 25 par suite de la force centrifuge est limitée. Dans les premier et deuxième modes de réalisation ci- dessus, la bobine de stator 41 est constituée de préférence d'une pluralité de segments conducteurs en forme de U 43 représentés sur la figure 9 afin d'améliorer le refroidissement et les performances de puissance de sortie de l'alternateur 1. Spécifiquement, chaque segment conducteur 43 comprend une paire de segments conducteurs 43a et 43b en tant qu'une unité conductrice. Le segment conducteur 43 présente des parties de tours 43c et des parties d'extrémités 43e. Les parties de tours 43c et les parties inclinées adjacentes 43d forment une extrémité de bobine 45 du côté arrière de l'alternateur 1 comme représenté sur la figure 1. Les parties d'extrémités 43e et les parties inclinées adjacentes 43f forment une extrémité de bobine 45 du côté avant de l'alternateur 1. Les parties d'extrémités 43e d'un segment conducteur 43 sont unies à celles d'un autre segment conducteur 43 (non représenté) par soudage TIG (soudage au tungstène sous gaz inerte) par exemple. Comme représenté sur la figure 10, chaque segment conducteur 43 de la bobine de stator 41 est disposé dans le noyau de stator 42 de telle façon que les parties de tours 43c et les parties d'extrémités 43e soient situées au niveau de l'un et de l'autre des côtés axiaux du noyau de stator 42. Les parties inclinées 43f au niveau d'une extrémité de bobine 45 sont disposées en deux couches (interne et externe) de telle façon qu'elles soient parallèles dans chaque couche mais transversales entre les couches externe et interne. Les parties inclinées 43d au niveau de l'autre extrémité de bobine 45 sont aussi disposées de manière similaire à celle des parties inclinées 43f. Il convient de noter que le segment conducteur 43 peut être remplacé par un segment conducteur 441 ne présentant pas de partie de tour. Les bobines de stator 41 peuvent être formées en unissant les parties d'extrémités 441e d'un segment conducteur 441 à celles d'un autre segment conducteur. Conformément à cette construction et à cette disposition des bobines de stator 41, on peut prévoir des espaces suffisants dans les extrémités des bobines 45 de façon que l'air de refroidissement puisse passer à travers les extrémités de bobines 45 dans le sens radialement vers l'extérieur afin de diminuer la résistance des bobines de stator 41 et ainsi la génération de chaleur dans les bobines de stator 41. Il en résulte que les aimants permanents 25 disposés radialement à l'intérieur du stator 4 peuvent être moins chauffés par le stator 4 et que l'on peut minimiser la démagnétisation des aimants permanents 25 qui survient à haute température. On ne doit pas limiter la présente invention aux modes de réalisation décrits, mais on peut la mettre en oeuvre de nombreuses autres manières sans sortir de l'esprit de l'invention. Par exemple, on peut utiliser l'accouplement des aimants permanents, les parties de chevilles et l'anneau non magnétique dans des alternateurs dans lesquels la bobine d'excitation est enroulée sur le rotor. REVENDICATIONS 1. Alternateur (1) comprenant: une armature (5); une bobine d'excitation (3) supportée de manière fixe sur l'armature; une paire de noyaux magnétiques (22, 23) comportant chacun une pluralité de parties de chevilles (22c, 23c) respectivement; un anneau non magnétique (24) accouplant les parties de chevilles (22c, 23c) adjacentes l'une à l'autre dans le sens de rotation des noyaux magnétiques (22, 23); et une pluralité d'aimants permanents (25) interposés entre les parties de chevilles (22c, 23c) et fixés à l'anneau non magnétique (24). 2. Alternateur (1) selon la revendication 1, dans lequel l'anneau non magnétique (24) et au moins l'un des aimants permanents (25) présentent des rainures (24a, 25a) respectives au niveau d'un emplacement de prise entre eux. 3. Alternateur (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel chacun des aimants permanents (25) est pressé par deux, adjacentes, des parties de chevilles (22c, 23c) et l'anneau non magnétique (24). 4. Alternateur (1) selon la revendication 3, dans lequel un espace entre les faces latérales de deux, adjacentes, des parties de chevilles (22c, 23c) diminue à partir d'un côté radialement interne vers un côté radialement externe de chacun des noyaux magnétiques (22, 23). 5. Alternateur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel un des noyaux magnétiques (22, 23) présente une partie cylindrique (23b) et les parties de chevilles (23c) se prolongent à partir de la partie cylindrique (23b) dans un sens axial et dans lequel les noyaux magnétiques (22, 23) sont assemblés l'un avec l'autre dans une condition pressée axialement. 6. Alternateur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les aimants permanents (25) sont sélectionnés parmi une pluralité de types possédant des forces magnétiques différentes. 7. Alternateur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel chacun des aimants permanents (25) est constitué d'un matériau magnétique doux en résine. 8. Alternateur (1) selon la revendication 2, dans lequel l'anneau non magnétique (24) présente les rainure (24a) d'un côté radialement interne de celui-ci et les aimants permanents (25) présentent les rainures (25a) d'un côté radialement externe de ceux-ci et dans lequel les aimants permanents (25) sont disposés radialement à l'intérieur de l'anneau non magnétique (24). 9. Alternateur (1) selon la revendication 3, dans lequel les aimants permanents (25) sont disposés radialement à l'extérieur de l'anneau non magnétique (24). 10. Procédé de fabrication de l'alternateur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant les étapes consistant à: fixer les aimants permanents (25) à l'anneau non magnétique (24); assembler une unité fixe constituée des aimants permanents (25) et de l'anneau non magnétique (24) avec l'un des noyaux magnétiques (22, 23) dans un sens axial; et assembler un autre des noyaux magnétiques (22, 23) à l'un parmi les noyaux magnétiques (22, 23) dans le sens axial. 11. Alternateur (1) comprenant: une armature (5); une paire de noyaux magnétiques (22, 23) supportés en rotation dans l'armature (5) et présentant une pluralité de parties de chevilles (22c, 23c), respectivement; un anneau non magnétique (24) accouplant les parties de chevilles (22c, 23c) adjacentes l'une à l'autre dans un sens de rotation des noyaux magnétiques (22, 23); et une pluralité d'aimants permanents (25) interposés entre les parties de chevilles (22c, 23c) et fixés à l'anneau non magnétique (24), dans lequel l'anneau non magnétique (24) et chacun des aimants permanents (25) présentent des rainures respectives (24a, 25a) qui s'accouplent les unes avec les autres. 12. Alternateur (1) comprenant: une armature (5); une paire de noyaux magnétiques (22, 23) supportés en rotation dans l'armature (5) et comportant une pluralité de parties de chevilles (22c, 23c), respectivement; un anneau non magnétique (24) accouplant les parties de chevilles (22c, 23c) adjacentes l'une à l'autre dans un sens de rotation des noyaux magnétiques (22, 23); et une pluralité d'aimants permanents (25) interposés entre les parties de chevilles (22c, 23c) et fixés à l'anneau non magnétique (24), dans lequel chacun des aimants permanents (25) est pressé par deux, adjacentes, des parties de chevilles (22c, 23c) et l'anneau non magnétique (24).