Brevet FR2833774A1 — publié le 20030620

L'invention concerne un rotor à double circuit d'induction pour machine électrique tournante, telle qu'un alternateur, notamment pour véhicule automobile, du type comprenant, axialement alignées sur l'arbre rotor, deux pièces polaires extérieures dont chacune comprend un plateau circulaire coaxiale à l'arbre rotor et, à la périphérie de celui-ci, une pluralité de pôles en saillie parallèlement à l'axe de l'arbre rotor vers le milieu du rotor et une pièce polaire centrale disposée entre les deux pièces polaires extérieures, qui comprend un plateau circulaire pourvu à sa périphérie d'une pluralité de pôles en saillie, parallèlement à l'axe du rotor, vers les plateaux des pièces polaires extérieures, chacun s'imbriquant entre deux pôles adjacents de roue polaire extérieure, ainsi que deux bobinages situés de part et d'autre de la pièce centrale. Des rotors de ce type sont déjà connu, par exemple par le document EP 0 556 425. Ce rotor présente par rapport aux rotors dits à griffes et à circuit d'induction unique l'avantage que la longueur des pôles est réduite à la moitié de la longueur axiale du rotor, mais les pôles magnétiques conservent, dans une vue radiale, la forme de trapèze des griffes des rotors à circuit d'induction unique. Ainsi, dû à la forme de trapèze des pôles, le rotor connu à double circuit d'induction présente l'inconvénient majeur, déjà connu des rotors à circuit d'induction unique, qu'il se crée dans le stator un flux magnétique transversal, ce qui, d'une part, réduit la perméabilité magnétique du stator et, d'autre part, augmente les pertes par courant de Foucault dans les tôles du stator. L'invention a pour but de proposer un rotor à double circuit d'induction qui ne présente pas l'inconvénient susmentionné. Pour atteindre ce but, un rotor selon l'invention est caractérisé en ce que les pôles magnétiques présentent, dans une vue radiale, une forme sensiblement rectangulaire et en ce que des aimants réducteurs des fuites magnétiques sont disposés dans les espaces où des fuites de flux magnétique sont susceptibles de se créer. Selon une caractéristique de l'invention, des aimants anti-fuite à aimantation radiale sont disposés entre les extrémités libres des pôles magnétiques saillantes de la pièce polaire centrale et le plateau en regard de ces extrémités, de la pièce polaire correspondante. Selon une autre caractéristique, des aimants antifuite à aimantation orthoradiale sont disposés entre des pôles saillants adjacents des pièces polaires extérieures et de la pièce polaire centrale. Selon une autre caractéristique de l'invention, les extrémités libres des pôles saillants, situées en regard, des deux pièces polaires extérieures sont fixées à la périphérie de la pièce polaire centrale, avantageusement par des vis amagnétiques. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation et dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un rotor à double circuit d'induction selon la présente invention ; - la figure 2 est une vue en perspective et éclatée d'un rotor selon l'invention ; - la figure 3 est une vue en coupe axiale du rotor selon la figure l, le long de la ligne III-III de la figure 1 i - la figure 4 est une vue en coupe, à plus grande échelle, avec arrachement, le long de la ligne IV-IV de la figure 1 i - la figure 5 est une vue en perspective des deux extrémités en regard des pôles saillants axialement alignés des deux pièces polaires extérieures ; - la figure 6 est une vue axiale d'un rotor selon l'invention et montre une portion de celui-ci à l'intérieur d'un stator associé, et - la figure 7 est une vue en coupe axiale d'un rotor selon l'invention pour illustrer un montage en série des deux bobinages de celui-ci. La figure 1 montre un rotor R à double circuit d'induction selon l'invention, destiné à tourner dans un stator S (figure 6) d'une machine électrique tournante, tel qu'un alternateur de véhicule automobile. Les structures du stator et des autres parties de la machine pouvant être celles d'une machine classique, il n'y a pas lieu de les décrire ci-après. Le rotor R se compose de deux pièces polaires extérieures 2 et 3 et d'une pièce polaire centrale 4 qui peut être réalisée en une pièce ou formée par deux parties symétriques 5, 6, conformément à la figure 2. Les pièces polaires extérieures 2, 3 et centrale 4 sont montées solidaires en rotation sur un arbre 8 formant l'arbre du rotor. Chacune des pièces polaires extérieures 2, 3 comportent une partie centrale en forme d'un plateau circulaire 10, 10'coaxial à l'arbre 8, et à la périphérie de celui-ci une pluralité de pôles magnétiques saillants 11, 11'qui s'étendent parallèlement à l'axe du rotor à partir de leur plateau porteur en direction du plateau de l'autre pièce polaire extérieure. Les pôles sont répartis à la périphérie de façon angulairement équidistante. La pièce polaire centrale 4 comporte une partie de plateau circulaire 13 et une pluralité de pôles magnétiques saillants 14, 15 répartis de façon angulairement équidistantes à la périphérie du plateau 13. Les pôles 14 et 15 sont axialement alignés et s'étendent parallèlement à l'axe du rotor en se plaçant respectivement entre deux pôles adjacents 11 de la pièce polaire extérieure 2 et deux pôles adjacents 11'de la pièce polaire extérieure 3. Si, comme dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2, la pièce polaire centrale 4 se compose de deux parties 5,6, chacune de celle-ci comprend un plateau élémentaire 16,17 portant alors respectivement les pôles 14 et 15. Comme on le voit notamment sur la figure 1, le nombre des pôles 11, 11', 14 et 15 est identique. Comme le montre les figures, les pôles 11, 11'des pièces polaires extérieures 2,3 ont une longueur égale à la moitié de la longueur axiale du rotor tandis que la longueur des pôles 14 et 15 de la pièce polaire centrale est inférieure ou égal à cette longueur de rotor. La hauteur radiale des pôles 11, 11', 14 et 15 diminue tout d'abord à partir de la partie de plateau de leur pièce polaire en direction de leur extrémité libre pour rester ensuite constante. On constate encore que le rotor comprend deux bobinages d'induction notés 18,19 interposés respectivement entre la pièce polaire extérieure 2 et la pièce polaire centrale 4, d'une part et, cette pièce polaire centrale 4 et la pièce polaire extérieure 3, d'autre part. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, les pôles saillants 11, 11', 14 et 15 présentent, dans une vue radiale de dessus une forme rectangulaire. Avantageusement les extrémités libres des pôles saillants 11, 11'des pièces polaires extérieures 2,3 sont fixées à la périphérie du plateau de la pièce polaire centrale 13. La figure 4 illustre un dispositif avantageux de fixation des pôles 11, 11'. Ce dispositif comprend une vis en un matériau amagnétique 20 que l'on visse dans la face périphérique 22 du plateau 13, avec interposition d'une entretoise 21 entre les extrémités, d'une part des pôles 11, 11'et la face périphérique 22 du plateau d'autre part. Pour améliorer encore la jonction entre les extrémités libres des pôles 11, 11'on peut prévoir sur la face frontale d'une extrémité par exemple du pôle 11 une nervure 24 destinée à s'engager dans une rainure 25 prévue dans la face frontale de l'extrémité de l'autre pôle 11'. Selon une autre caractéristique essentielle de l'invention, pour éviter ou au moins réduire les fuites magnétiques dans le rotor, on dispose des aimants interpolaires 27 entre les faces latérales axiales de chaque pôles 14,15 de la pièce polaire centrale et du pôle adjacent 11, 11'd'une pièce polaire extérieure 2,3. Les aimants 27 s'étendent donc parallèlement à l'axe du rotor mais sont aimantés dans la direction périphérique de celui-ci et sont donc nommés aimants orthoradiaux. Autrement dit une face longitudinale d'un tel aimant latérale a la même polarité magnétique que la face latérale du pôle avec laquelle elle est en contact. Les fuites entre les extrémités libres appelées becs 29 des pôles saillants 14 et 15 de la pièce polaire centrale 13 et le plateau 10, 10'des pièces polaires extérieures 2, 3 sont éliminées en interposant un aimant radial 30 entre chaque bec et la face correspondante en regard 31 située entre deux pôles saillants adjacents 11, 11', du plateau de pièce polaire. La figure 6 illustre une méthode avantageuse de disposer les aimant orthoradiaux 27 de façon qu'ils soient empêchés de se déplacer radialement vers l'extérieur sous l'effet des forces centrifuges lorsque le rotor tourne. A cette fin, les faces latérales 32,33 en regard des pôles 14,15 et 11, 11', entre lesquels les aimants orthorodiaux 27 sont placés sont configurés de façon que leur écart accroît à partir de la surface périphérique vers l'axe du rotor. En donnant aux aimants 27 une section transversale trapèzoïdale, appropriée, avec la face 34 la plus large orientée vers l'axe du rotor, les aimants sont sûrement immobilisés entre les pôles. La figure 6 montre en outre que le profil de la face radialement extérieure 36 des pôles présente une courbure plus importante que la face périphérique intérieure 37 du rotor R. Ainsi l'entrefer 40 augmente dans les deux sens périphériques à partir du milieu de chaque pôle. Ce profil des pôles permet à générer une variation de flux sinusoïdales dans le stator permettant ainsi de réduire le bruit de la machine électrique tournante. Selon l'invention, les deux bobinages 18,19 du rotor peuvent être réalisés avec du fil à section circulaire ou avec du fil plat ou encore en bandes de cuivre ou d'aluminium. Les deux bobines peuvent être branchées en série ou en parallèle, en fonction de la puissance d'excitation souhaitée. La mise en série des deux bobinages, pour faciliter leur branchement, peut être réalisée de la manière illustrée sur la figure 7. Dans ce cas, les deux bobines possèdent le même sens d'enroulement et les deux extrémités qui doivent être connectées aux deux bagues 43,44 du collecteur de l'alternateur, pour l'alimentation, sont alors disposées à la périphérie extérieure, en 45,46, ce qui facilite leur connexion. La longueur optimale du paquet stator est comprise avantageusement entre des valeurs A et B indiquées sur la figure 7. Elle pourrait être égale à la longueur B du rotor. Bien entendu, de nombreuses modifications peuvent être apportées au rotor tel que décrit et représenté. Bien que le rotor représenté comprend six paires de pôles, tout autre nombre de paires de pôles peut être envisagé. L'invention procure de nombreux avantages. Ainsi, grâce à la forme rectangulaire des pôles, on obtient un flux parallèle dans les tôles stator, ce qui permet de supprimer ou au moins grandement réduire les courants de Foucault. La diminution de la réluctance de chacun des deux circuits magnétiques est suffisante pour compenser la diminution de l'excitation entraînée par la réduction du volume disponible pour chacun des deux bobinages, par rapport au circuit magnétique des rotors actuels à circuit d'induction unique. Cette forme rectangulaire avantageuse des pôles permet d'usiner facilement les aimants anti-fuite et la mise en place de tels aimants entre les becs des pôles saillants et le plateau des pièces polaires extérieures, ce qui du fait était impossible dans les rotors à griffes. En plus du fait que la longueur des pôles saillants des pièces polaires extérieures est déjà réduite de moitié par rapport aux pôles des rotors à griffes, ce qui augmente considérablement leur rigidité mécanique, leurs extrémités sont fixées à la pièce polaire centrale. Ainsi les forces centrifuges ne peuvent plus occasionner des déformations et des déplacements des extrémités des pôles. Ceci permet de supprimer la résonance mécanique des pôles et ainsi le gêne sonore. La forme rectangulaire des pôles permet encore de profiler ces pôles de façon à obtenir une variation de flux sinusoïdal dans le stator. REVENDICATIONS 1. Rotor à double circuit d'induction pour machine électrique tournante, telle qu'un alternateur, notamment pour véhicule automobile, du type comprenant, axialement alignées sur l'arbre rotor, deux pièces polaires extérieures dont chacune comprend un plateau circulaire coaxial à l'arbre rotor et, réparties de façon angulairement équidistante à la périphérie de celui-ci, une pluralité de pôles en saillie parallèlement à l'axe de l'arbre rotor vers le milieu du rotor, et une pièce polaire centrale disposée entre les deux pièces polaires extérieures, qui comprend un plateau circulaire pourvu à sa périphérie d'une pluralité de pôles en saillie, parallèlement à l'axe du rotor, vers les plateaux des pièces polaires extérieures, chacun s'imbriquant entre deux pôles adjacents de pièce polaire extérieure, ainsi que deux bobinages situés de part et d'autre de la pièce centrale, caractérisé en ce que les pôles magnétiques (11, 11', 14,15) présentent, dans une vue radiale de dessus, une forme sensiblement rectangulaire. 2. Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que des aimants réducteurs des fuites magnétiques sont disposés dans les espaces où des fuites de flux magnétique sont susceptibles de se créer. 3. Rotor selon la revendication 2, caractérisé en ce que des aimants anti-fuite (30) à aimantation radiale sont disposés entre les extrémités libres (29) des pôles magnétiques saillants (14,15) de la pièce polaire centrale et la face périphérique (31) entre deux pôles saillants (11, 11') de la pièce polaire correspondante. 4. Rotor selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que des aimants anti-fuite (27) à aimantation orthoradiale sont disposés entre des pôles saillants (11,14 ; 11', 15) adjacents des pièces polaires extérieures (2,3) et de la pièce polaire centrale (4). 5. Rotor selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les extrémités libres des pôles saillants (11, 11') situées en regard des deux pièces polaires extérieures (2,3) sont fixées à la périphérie (22) du plateau de pièce polaire centrale (4) entre deux pôles saillants (14,15) adjacents à la périphérie de ce plateau. 6. Rotor selon la revendication 5, caractérisé en ce que les extrémités libres précitées sont fixées au plateau de la pièce polaire centrale par des vis (20) en un matériau amagnétique, le cas échéant avec interposition d'une entretoise (21). 7. Rotor selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que les extrémités libres précitées sont fixées l'une à l'autre par des moyens du type à nervure et rainure coopérantes. 8. Rotor selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que les aimants orthoradiaux (27) présentent une section transversale en forme d'un trapèze dont la face la plus longue est orientée vers l'axe du rotor et en ce que les faces latérales des pôles saillants (11, 11', 14,15) en contact avec les faces latérales des aimants sont inclinées de façon complémentaire pour immobiliser radialement les aimants à l'encontre des forces centrifuges lorsque le rotor tourne. 9. Rotor selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les faces extérieures (36) des pôles saillants (11, 11', 14,15) sont profilés de façon que l'entrefer (40) entre ses surfaces et la face cylindrique interne (37) du rotor (S) augmente à partir du milieu de chacune de ses surfaces de façon à obtenir une variation de flux magnétique sinusoïdale dans le stator. 10. Rotor selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les deux bobinages (18, 19) sont montés en série et les bobines présentent le même sens d'enroulement de façon que les extrémités des bobines se trouvent à la périphérie extérieure de celles-ci.