Brevet FR2835363A1 — publié le 20030801

7/6 ou 4/3 du pas statorique. Etat de la technique L'invention concerne un rotor de machine électrique, ce rotor comportant des aimants permanents et une bague de retour de flux. s Ce rotor est notamment destiné à un moteur électrique ou à un géné rateur. Selon le document DE 199 51 594 A1, on connait un ro tor extérieur. Ce rotor connu comporte une cage cylindrique creuse, une cavité rectangulaire dans sa périphérie pour recevoir des aimants per o manents ayant la forme de plaques rectangulaires cintrées de façon cy lindrique. La cage constitue un support pour les aimants permanents. Les poches de ressort réalisées sur les bords des cavités de la cage poussent dans la direction périphérique et dans la direction parallèle à ltaxe contre les bords des aimants permanents pour maintenir ceux-ci s sans jeu dans les cavités de la cage. La cage est placée avec les aimants permanents dans une bague de retour de flux, de forme tubulaire, rece vant les forces centrifuges des aimants permanents. But de l'invention et avantages La présente invention se propose de développer un rotor o du type défini ci-dessus et concerne à cet effet un rotor, caractérisé en ce que le rotor comporte un tube d'expansion et des moyens maintenant les aimants permanents en appui contre le tube d'expansion. Selon l'invention, les aimants permanents sont appliqués intérieurement et extérieurement contre le tube d'expansion. La bague s de retour de flux est prévue de l'autre côté du tube d'expansion par rapport aux aimants permanents; les aimants permanents se trouvent entre la bague de retour de flux et le tube d'expansion. Le tube d'expansion est prévu sur le côté des aimants permanents tournés vers le stator; dans le cas d'un rotor intérieur, les aimants permanents sont prévus sur le tube d'expansion; dans le cas d'un rotor extérieur, ils se trouvent sur le côté extérieur du tube d'expansion. Des moyens main tiennent les aimants permanents en appui sans jeu contre le tube d'expansion et produisent, de préférence en plus, un bon appui de la bague de retour de flux contre les aimants permanents pour arriver à 3s un excellent passage de flux magnétique. Ces moyens compensent les tolérances dans la direction radiale. Ils peuvent également servir à transmettre le couple entre les aimants permanents et les autres parties du rotor. L'invention a l'avantage que le rotor s'assemble sans col s lage. Cela simplifie et réduit le temps de fabrication du rotor selon l'invention car il n'y a plus de temps nécessaire à la prise. Un autre avantage est que le rotor peut être réalisé de façon à résister contre les produits chimiques comme, par exemple, un agent antigel (glysantin; marque déposée) car il n'y a pas de liaison collée. o Comme les aimants permanents du rotor selon l'invention s'appuient par leur côté tourné vers le stator contre le tube d'expansion, ce rotor présente une grande précision de forme (forme cy lindrique) pour son côté extérieur ou intérieur tourné vers le stator. Les précisions des mesures, en particulier les précisions des épaisseurs des s aimants permanents, n'influencent pas la précision de forme du rotor du côté non tourné vers le stator. Cela permet de réaliser un entrefer étroit entre le rotor et le stator et de réduire au minimum les pertes de flux magnétique. Le rendement de ce moteur électrique en est amélioré. Un avantage supplémentaire réside dans la simplicité du montage du rotor selon l'invention. Ce rotor convient pour un assem blage automatisé en partie ou en totalité. Les moyens qui maintiennent les aimants permanents en appui contre le tube d'expansion comportent, de préférence, un élément de ressort qui appuie les aimants permanents contre le tube 2s d'expansion. On obtient ainsi, de façon simple, un appui sans jeu des aimants permanents contre le tube d'expansion même si les aimants permanents ont des épaisseurs différentes, ce qui permet de compenser les tolérances. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le rotor est un rotor intérieur et les aimants permanents se trouvent dans le tube d'expansion en étant pressés par au moins un élément de ressort vers l'extérieur contre le côté intérieur du tube d'expansion. La bague de retour de flux se trouve à l'intérieur des aimants permanents. Cette réalisation de l'invention a l'avantage que le tube d'expansion reçoit les ss forces centrifuges agissant sur les aimants permanents lorsque le rotor tourne. Cette fonction du tube d'absorber les forces centrifuges des ai mants permanents a donné lieu à sa désignation comme N tube d'expansion ". Le tube d'expansion reçoit en outre les efforts de serrage par lesquels au moins un élément de ressort pousse les aimants per s manents contre le tube d'expansion. Grâce à cette forme de tube, on réalis e s ans difficulté le tub e d' exp ansion ave c u ne solidité suffis ante et méme un tube d'expansion à parois minces résiste à des forces centri fuges élevées. Selon d'autres caractéristiques avantageuses, si la bague o de retour de flux comporte des segments d'anneau de retour de flux, au moins un élément de ressort pousse contre les segments annulaires de retour de flux et par ceux-ci pousse les aimants permanents contre le tube d'expansion. Si la bague de retour de flux constitue en méme temps également au moins un élément de ressort et pousse les aimants per manents contre le tube d'expansion, la bague de retour de flux est réali sée sous la forme d'un manchon d'expansion, la bague de retour de flux est réalisée sous la forme d'un ressort hélicoïdal. Dans ce dernier cas, de préférence la bague de retour de flux présente, comme surface d'appui contre les aimants permanents, une surface enveloppe cylindrique géométrique. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 montre une vue en perspective éclatée d'un premier exemple de rotor selon l'invention, - la figure 2 montre le rotor de la figure 1 à l'état assemblé, - la figure 3 montre une vue en perspective d'un second exemple de réalisation de l'invention, et - la figure 4 montre une vue en perspective d'un troisième exemple de réalisation d'un rotor selon l'invention. Description des exemples de réalisation Les figures 1 et 2 montrent un rotor 1O selon l'invention pour un moteur électrique du reste non représenté, dont il constitue le rotor intérieur. Le rotor 10 comporte un arbre 12 sur lequel est indecté un disque de rotor 14. Le disque de rotor 14 est relié rigidement à l'arbre 12 par injection. Le second disque de rotor 16, seulement repré senté à la figure 2, est séparé de l'arbre 12 pour permettre le montage. s Les deux disques de rotor 14, 16 sont munis de trous 18 répartis sur leur surface pour permettre d'enfoncer des masses d'équilibrage non représentées. Dans l'exemple de réalisation de l'invention, le rotor 10 comporte quatre aimants permanents 20; ce nombre n'est toutefois pas o obligatoire. Les aimants permanents 20 ont une forme cylindrique bom bée et rectangulaire. Ils s'appuient contre le côté intérieur d'un tube d'expansion 22 à parois minces. Le tube d'expansion 22 est amagnéti que. A l'intérieur des aimants permanents 20, le rotor com s porte une bague de retour de flux 24 qui, dans l'exemple de réalisation de l'invention selon les figures 1 et 2, comporte différents segments an nulaires de retour de flux 26. Le rotor 10 comporte autant de segments de retour de flux 26 que d'aimants permanents 20. Dans l'exemple de réalisation représenté et décrit, il s'agit de quatre segments. Les seg o ments annulaires de retour de flux 26 ont, comme l'aimant perma nent 20, une forme bombée cylindrique et rectangulaire. Le rayon de courbure du côté extérieur des segments d'anneau de retour de flux 26 et du côté intérieur des aimants permanents 20 est égal pour arriver à un bon appui complet des segments annulaires de retour de flux 26 :5 contre les aimants permanents 20. Les segments annulaires de retour de flux 26 sont décalés dans la direction périphérique par rapport aux aimants permanents 20 pour laisser des intervalles entre les aimants permanents 20 dans la direction périphérique, au milieu des segments annulaires de retour de flux 26, et inversement, on aura des intervalles entre les segments annulaires de retour de flux 26 dans la direction pé riphérique, au milieu des aimants permanents 20. Cela assure un bon flux magnétique entre les aimants permanents 20 et les segments an nulaires de retour de flux 26. Un ressort hélicoïdal constituant un élément de res ss sort 28 est logé dans les segments annulaires de retour de flux 26. s L'élément de ressort 28 est placé sous précontrainte dans le volume à l'intérieur des segments annulaires de retour de flux 26. L'élément de ressort 28 écarte radialement vers l'extérieur les segments annulaires de retour de flux 26 en appui contre les aimants 20. Par les segments s annulaires de retour de flux 26, l'élément de ressort 28 pousse les ai mants permanents 20 de l'intérieur contre le tube d'expansion 22. Dans la direction périphérique, les aimants perma nents 20 sont écartés les uns des autres dans les entretoises intermé diaires 30 parallèles à l'axe. Les entretoises 30 ont des ergots 32 par o lesquels ils pénètrent dans les trous des segments annulaires de retour de flux 26. Les entretoises intermédiaires 30 sont axialement plus courtes que les aimants permanents 20, de façon à laisser des espaces libres 34 au niveau des deux extrémités frontales des entretoises inter médiaires 30; des becs 36 en saillie des disques de rotor 14 pénètrent s dans ces intervalles. De cette manière, on a une liaison par la forme dans la direction périphérique entre les aimants permanents 20 et en particulier le disque de rotor 14, fixé solidairement à l'artre 12 par in jection, pour transmettre le couple. Le tube d'expansion 22 dépasse axialement des aimants o permanents 20 et des segments annulaires de retour de flux 26 de sorte que les disques de rotor 14, 16 se placent dans le tube d'expansion 22. Une collerette 38 des disques de rotor 14, 16 délimite la profondeur d'enfoncement des disques dans le tube d'expansion 22. Des nervu res 40 prévues à la périphérie des disques de rotor 14, 16 servent à s compenser les tolérances entre le tube d'expansion 22 et les disques de rotor 14, 16. Les nervures 40 assurent un montage serré des disques de rotor 14, 16 dans le tube d'expansion 22. Les entretoises intermédiaires 30 ont des éléments de ressort sur un côté respectivement tourné vers un aimant perma nent 20; ces éléments de ressort sont réalisés sous la forme de lan guettes élastiques 31 indectées en une seule pièce avec les nervures intermédiaires 30. Les languettes élastiques 31 poussent les aimants permanents 20 dans la direction périphérique de l'entretoise 30 voisine et compensent les tolérances des aimants permanents 20; elles évitent que les aimants permanents 20 ne présentent du jeu dans la direction périphérique. Pour monter le rotor 10, on place les entretoises intermé diaires 30 avec les ergots 32 dans les trous des segments annulaires de s retour de flux 26. Les segments annulaires de retour de flux 26 avec les entretoises intermédiaires 30 sont alors introduits dans le tube d'expansion 22 et les aimants permanents 20 sont placés dans les in tervalles (cavités) subsistant entre les entretoises intermédiaires 30, le tube d'expansion 22 et les segments annulaires de retour de flux 26. o Pour placer l'élément de ressort en forme de ressort hélicoïdal dans la cavité entre les segments annulaires de retour de flux 26, on tourne les extrémités de l'élément de ressort 26 l'une par rapport à l'autre pour diminuer le diamètre de l'élément de ressort 28. Cet élément de res sort 28 est placé dans cet état entre les segments annulaires de retour s de flux 26 et on libère ses extrémités. L'élément de ressort 28 s'élargit; il s'applique avec précontrainte contre les segments annulaires de re tour de flux 26 et pousse ceux-ci de l'intérieur contre les aimants per manents 20 et par les segments annulaires de retour de flux 26, il pousse les aimants permanents 20 de l'intérieur contre le tube d'expansion 22. On introduit l'arbre 12 et le disque de rotor 14 dans le tube d'expansion en le pressant; on aligne le disque de rotor 14 pour que les becs 36 pénètrent entre les aimants permanents 20. Enfin, on met en place l'autre disque de rotor 16 sur l'arbre 12 et on bloque avec s une bague de fixation 42 logée dans une rainure 44 de l'arbre 12. Dans la description des figures 3 et 4 suivantes, on utili sera les mêmes références pour désigner les mêmes éléments que ceux des figures 1 et 2. Dans le cas du rotor 10 représenté à la figure 3, la bague de retour de flux 24 est réalisée en une seule pièce à la manière d'un manchon de serrage. La bague de retour de flux 24 présente la forme d'un cylindre creux avec une fente continue 46 s'étendant dans la direction longitudinale. La bague de retour de flux 24 est poussée avec précontrainte à l'intérieur de l'aimant permanent 20 dans le rotor 10 et la bague de retour de flux 24 pousse, d'une manière élastique, un res 3s sort de l'intérieur contre les aimants permanents 20 en repoussant ces aimants vers l'extérieur contre le tube d'expansion 22. On évite ainsi un élément de ressort séparé, la bague de retour de flux 24 constituant en méme temps l'élément de ressort 28. On compense le balourd créé par la fente 46 par des ca vités 48 dans la bague de retour de flux 24 selon la Figure 3, dans l'exemple de réalisation, ces cavités ont en section une forme de demi cercle et constituent des rainures longitudinales réalisées dans la péri phérie intérieure de la bague de retour de flux 24. Pour le reste, le rotor 10 représenté à la figure 3 corres o pond au rotor 10 représenté aux figures 1 et 2. Pour éviter les répéti tions dans la description de la figure 3, on se reportera aux explications données à propos des figures 1 et 2. Dans le cas du rotor 10 de la figure 4, la bague de retour de flux 20 est également réalisée comme élément de ressort 28 et cela comme ressort hélicoïdal. La bague de retour de flux 24 en forme de ressort hélicoïdal est également appliquce sous précontrainte intérieu rement contre les aimants permanents 20 et pousse ceux-ci vers l'extérieur contre le tube d'expansion 22. Pour placer le ressort entre les aimants permanents 20, on tourne les extrémités du ressort hélicoïdal o constituant la bague de retour de flux 24 en appliquant une précon trainte pour que son diamètre extérieur diminue. Après la mise en place dans le rotor 10 entre les aimants permanents 20, on libère les extré mités de sorte que la bague de retour de flux 24 en forme de ressort hé licoïdal s'appuie avec précontrainte à l'intérieur contre les aimants s permanents 20 et pousse ceux-ci radialement vers l'extérieur contre le tube d'expansion 22. Le ressort hélicoïdal constituant la bague de retour de flux 24 a une section de spire rectangulaire de sorte que la surface exté rieure des spires du ressort de la surface enveloppe géométrique du res sort hélicoïdal forme un cylindre. On obtient ainsi un appui sur une grande surface du ressort hélicoïdal formant la bague de retour de flux 24 contre les aimants permanents 20, ce qui assure un bon flux magnétique. Pour le reste, le rotor 10 représenté à la figure 4 est réali- sé comme le rotor 10 des figures 1 et 2 et on se reporters aux explica- tions données à propos des figures 1 et 2 pour éviter les répétitions. REVEND I CATI ONS 1 ) Rotor de machine électrique, ce rotor comportant des aimants per manents et une bague de retour de flux, caractérisé en ce que s le rotor (l0) comporte un tube d'expansion (22) et des moyens (28) maintenant les aimants permanents (20) en appui contre le tube d'expansion (22). 2 ) Rotor de machine électrique selon la revendication l, 0 caractérisé en ce que le rotor (l0) comporte au moins un élément de ressort (28) qui pousse les aimants permanents (20) contre le tube d'expansion (22) sous la forme de moyens (28) qui maintiennent les aimants permanents (20) en appui contre le tube d'expansion (22). 3 ) Rotor de machine électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les aimants permanents (20) sont installés dans le tube d'expansion (22) et sont poussés vers l'extérieur par au moins un élé ment de ressort (28) contre la périphérie intérieure du tube d'expansion (22) et la bague de retour de flux (24) est placée à l'intérieur des aimants permanents (20). 4 ) Rotor de machine électrique selon la revendication l, 2s caractérisé en ce que la bague de retour de flux (24) comporte des segments d'anneau de re tour de flux (26). ) Rotor de machine électrique selon la revendication 4, caractérisé en ce qu' au moins un élément de ressort (28) pousse contre les segments annu laires de retour de flux (26) et par ceux-ci pousse les aimants perma nents (20) contre le tube d'expansion (22). 3s 6 ) Rotor de machine électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la bague de retour de flux (24) constitue en même temps également au moins un élément de ressort (28) et pousse les aimants permanents (20) contre le tube d'expansion (22). s 7 ) Rotor de machine électrique selon la revendication 6, caractérisé en ce que la bague de retour de flux (24) est réalisée sous la forme d'un manchon d'expansion. 8 ) Rotor de machine électrique selon la revendication 6, caractérisé en ce que la bague de retour de flux (24) est réalisée sous la forme d'un ressort hélicoïdal. 9 ) Rotor de machine électrique selon la revendication 8, caractérisé en ce que la bague de retour de flux (24) présente, comme surface d'appui contre les aimants permanents (20), une surface enveloppe cylindrique géo