Brevet FR2890497A1 — publié le 20070309

Moteur à rotor réalisé à base d'une poudre métallique Domaine technique de l'invention L'invention concerne un moteur constitué d'un stator doté de bobines statoriques, et d'un rotor comportant: - une culasse comprenant un disque transversal disposé en regard du stator avec interposition d'un entrefer axial, des aimants permanents répartis circulairement autour du disque transversal du côté de l'entrefer, et un arbre de liaison s'étendant perpendiculairement au disque transversal et monté à pivotement dans le stator. État de la technique Ce type de moteur est connu de l'art antérieur et appartient à la famille des moteurs plats. Il est particulièrement utilisé dans le cas où l'encombrement requis est faible. Généralement, la vitesse de rotation du rotor dépend de la fréquence du courant d'alimentation des bobines statoriques. De plus, cette vitesse est souvent constante quelle que soit la charge extérieure liée au rotor. Dans les réalisations existantes, l'arbre de liaison est une pièce indépendante du disque transversal. Chacune de ces deux pièces est d'abord obtenue par usinage et traitement thermique, puis le rotor est réalisé par l'assemblage de ces deux pièces. L'obtention finale du rotor requiert donc une succession d'étapes qui augmente les risques de défaut du rotor, et qui grève considérablement les coûts de fabrication. En outre, le centrage et la perpendicularité entre l'arbre de liaison et le disque transversal peuvent présenter des défauts qui risquent d'altérer le fonctionnement du moteur. Le contrôle du rotor réclame beaucoup d'attention et augmente encore les coûts d'obtention. De plus, le principe même de l'assemblage peut nécessiter la présence de pièces supplémentaires. Cette augmentation du nombre de pièces engendre un accroissement du poids total du rotor, et donc du moteur, ainsi qu'une inertie importante. En cas de défaut de l'assemblage du disque transversal avec l'arbre de liaison, le rotor risque de casser sous charge. Ce risque est aussi présent dans le cas où l'assemblage est obtenu par frettage. Enfin, lorsque l'arbre de liaison et le disque transversal sont assemblés, il est nécessaire de procéder à l'équilibrage du rotor obtenu pour un fonctionnement correct du moteur. Cette étape augmente encore le temps et les coûts d'obtention des moteurs. Objet de l'invention L'invention a pour but de pallier à ces inconvénients en proposant un moteur de 20 conception et de fabrication simples et peu onéreuses, et pour lequel les risques de défauts et de casse du rotor sont minimisés. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que le disque transversal de la culasse et l'arbre de liaison sont réalisés par un procédé de pressage et de 25 frittage d'une poudre métallique. On comprend bien que l'obtention du rotor par frittage d'une poudre métallique permet de garantir une bonne intégrité dudit rotor tout en diminuant le nombre d'étapes nécessaires. En effet, par suite du pressage de la poudre métallique dans un moule rigide et du frittage proprement dit, le rotor obtenu est monobloc et ne réclame aucun assemblage. Les étapes d'usinage et les défauts afférents sont inexistants. Les risques et les problèmes liés à l'assemblage des pièces formant le rotor sont supprimés. Les risques de défauts de perpendicularité et de centrage entre l'arbre de liaison et le disque transversal sont supprimés, de même que l'étape d'équilibrage du rotor. Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'un secteur angulaire obtenu par coupes longitudinales à 120 degrés d'un exemple de moteur conforme à l'invention, - La figure 2 est une vue en coupe longitudinale du moteur de la figure 1, proposant une vue de détail de l'entrefer axial entre les aimants permanents et les bobines statoriques. Description de modes particuliers de réalisation En référence aux figures, le moteur 10 conforme à l'invention comporte un rotor 11 et un stator 12. Le stator 12 est composé d'une carcasse 13 délimitant un logement annulaire 14 pour une pluralité de bobines statoriques 15 enroulées autour de plots 16 en fer doux. Les bobines statoriques 15 sont reliées par des connexions 17 à un circuit d'alimentation électrique pour créer un champ magnétique inducteur. Le circuit électronique est par exemple un variateur de fréquence permettant de régler la vitesse d'entraînement du moteur 10. Les bobines statoriques 15 peuvent être de tout type connu, et leur nombre peut varier. Le rotor 11 est muni d'une culasse 18 comportant un disque transversal 19 à partir duquel s'étend un arbre de liaison 20 destiné à être monté à pivotement dans le stator 12. Le disque transversal 19 est perpendiculaire à l'axe 27 de l'arbre de liaison 20, de sorte que ces deux pièces sont coaxiales entre elles. Pour le montage de l'arbre de liaison 20 dans le stator 12, la carcasse 13 comporte au centre un alésage 21 destiné à recevoir deux roulements à billes 22. La bague extérieure d'un premier roulement à billes 22 est en appui sur un épaulement 23 prévu à une extrémité de l'alésage 21, tandis que la bague extérieure du second roulement à billes 22 est en appui sur une entretoise 24, elle-même en appui sur la bague extérieure du premier roulement à billes 22. Les bagues intérieures des roulements à billes 22 reçoivent l'arbre de liaison 20, et le disque transversal 19 est en appui sur la bague intérieure du second roulement à billes 22 par l'intermédiaire d'un épaulement 25 prévu sur la face 26 du disque transversal 19 destinée à être en regard du stator 12. Après le montage de la culasse 18 dans le stator 12, l'axe 27 de l'arbre de liaison 20 constitue l'axe de rotation du rotor 11 par rapport au stator 12 et le disque transversal 19 se trouve en regard du stator 12 avec interposition d'un entrefer axial e (figure 2). La liaison pivot de l'arbre de liaison 20 par rapport au stator 12 peut être réalisée par tout moyen équivalent sans sortir du cadre l'invention. La face 26 du disque transversal 19 comporte un logement annulaire 28 centré sur l'axe 27 de l'arbre de liaison 20 et destiné à recevoir des aimants permanents 29 constitués dans l'exemple par un aimant annulaire 30 en ferrite. Le logement annulaire 28 possède un fond plat pour favoriser le collage de l'aimant annulaire 30. Ce dernier comporte des secteurs à polarisation hétéropolaire répartis selon un décalage angulaire prédéterminé. Les aimants permanents 29 sont aptes à coopérer selon l'entrefer axial e avec le champ magnétique induit par les bobines statoriques 15. L'entrefer e est en pratique sensiblement égal à 1 mm. Les aimants permanents 29 peuvent aussi être conformés selon des pastilles ou plots répartis circulairement sur la face 26 du disque transversal 19. La face 31 du disque transversal 19 opposée au stator 12 comporte un organe d'accouplement 32 réalisé dans une protubérance cylindrique 33 centrée sur ladite face 31. L'organe d'accouplement 32 est muni d'un orifice borgne 34 de section complexe, pratiqué au centre de la protubérance cylindrique 33. L'orifice borgne 34 est apte à coopérer avec un organe mâle (non représenté) de forme complémentaire lié à une charge extérieure (non représentée). Dans l'exemple, l'orifice borgne 34 présente une section carrée. Néanmoins, la section de l'orifice borgne 34 peut être quelconque (pentagonale, étoilée) et, plus généralement, l'organe d'accouplement 32 peut être réalisé par tout moyen connu sans que ces variantes ne sortent du cadre de l'invention. Conformément à l'invention, le disque transversal 19 de la culasse 18 et l'arbre de liaison 20 sont réalisés par un procédé de pressage et de frittage d'une poudre métallique. Le procédé de pressage est choisi en fonction des caractéristiques à obtenir et de la taille du rotor 11. Le procédé utilisé dans l'exemple décrit est le pressage uniaxial dans lequel la poudre métallique est agglomérée dans un moule rigide par application d'une forte pression suivant une seule direction grâce à deux poinçons opposés. D'autres procédés de pressage peuvent être envisagés tels que le pressage isostatique, dans lequel la pression sur la poudre métallique est approximativement identique dans toutes les directions, ce qui conduit à une bonne homogénéité de la densité au sein du rotor 11. Le pressage de la poudre métallique provoque un effet de densification conférant une tenue mécanique au rotor 11. Le frittage apporte ensuite les caractéristiques mécaniques finales du rotor 11. Il est réalisé dans un four, en atmosphère réductrice ou sous vide, à une température sensiblement inférieure à la température de fusion du matériau constituant la poudre métallique. La température de frittage est néanmoins suffisante pour que grains se soudent les uns aux autres. Il conduit à un accroissement de la cohésion et à une nouvelle densification. La poudre métallique comporte par exemple une poudre de fer pur qu'il est possible de mélanger avec une poudre d'alliage. L'incorporation de certains éléments d'alliage (Ni, Cu, Mo...) à la poudre de fer améliore la résistance mécanique après frittage. La poudre métallique peut également comporter un lubrifiant qui permet de réduire le frottement interne ainsi que le frottement entre la poudre et les outils lors du pressage, assurant une meilleure transmission des contraintes au sein du volume occupé par la poudre. Plus généralement, tout type de poudre métallique peut être envisagé dès lors que les propriétés mécaniques du rotor 11 obtenu sont satisfaisantes. Ce procédé d'obtention par pressage, puis frittage d'une poudre métallique diffère des procédés usuels de fabrication tels que la fonderie, le forgeage et l'usinage en remplaçant un cycle complexe d'élaboration par une gamme simple comportant peu d'étapes et sans perte de matière. L'obtention finale du rotor 11 ne requiert pas d'assemblage, ce qui permet de réduire la main d'oeuvre, les coûts, le nombre de pièces, le poids et l'inertie du rotor 11, ainsi que les risques de casse sous charge. L'étape d'équilibrage du rotor 11 est supprimée. Comme le rotor 11 obtenu après frittage est monobloc, les risques de défauts de centrage et de perpendicularité entre le disque transversal 19 et l'arbre de liaison 20 sont supprimés et les coûts liés au contrôle sont abaissés. Par ailleurs, les grains du matériau conservant globalement la même forme après frittage, la microstructure du rotor 11 est maîtrisée (en taille et en densité). Les propriétés mécaniques du rotor 11 sont donc équivalentes à celles des rotors de l'art antérieur sans faire de traitement thermique, impliquant une économie énergétique et financière. Enfin, la description qui précède n'est qu'une illustration d'un exemple particulier de réalisation d'un moteur conforme à l'invention, en aucun cas limitatif quant au yo domaine de l'invention. Revendications 1. Moteur (10) constitué d'un stator (12) doté de bobines statoriques (15) , et d'un rotor (11) comportant: une culasse (18) comprenant un disque transversal (19) disposé en regard du stator (12) avec interposition d'un entrefer axial (e), des aimants permanents (29) répartis circulairement autour du disque transversal (19) du côté de l'entrefer (e), et un arbre de liaison (20) s'étendant perpendiculairement au disque transversal (19) et monté à pivotement dans le stator (12), caractérisé en ce que le disque transversal (19) de la culasse (18) et l'arbre de liaison (20) sont réalisés par un procédé de pressage et de frittage d'une poudre métallique. 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la poudre métallique comporte de la poudre de fer pur. 3. Moteur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la 20 poudre métallique comporte de la poudre d'alliage. 4. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la poudre métallique comporte un lubrifiant. 5. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la face (31) du disque transversal (19) opposée au stator (12) comporte un organe d'accouplement (32) apte à être lié à une charge extérieure. 6. Moteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'organe d'accouplement (32) comporte un orifice borgne (34) agencé coaxialement avec l'arbre de liaison (20) et apte à coopérer avec un organe mâle de forme complémentaire lié à une charge extérieure. 7. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les aimants permanents (29) sont constitués par un aimant annulaire (30) à polarisation hétéropolaire.