Brevet FR2895165A1 — publié le 20070622

"Rotor de machine electrique tournante comportant un element magnetique entre deux dents adjacentes." L'invention propose un rotor de machine electrique comportant au moins un element magnetique qui est agence entre deux dents adjacentes, et qui est realise en plusieurs parties. L'invention propose plus particulierement un rotor de machine electrique tournante qui comporte deux roues polaires dont chacune s'etend globalement radialement par rapport a I'axe io principal du rotor, et comporte une serie de dents axiales, dont chaque dent s'etend axialement vers I'interieur depuis la roue polaire associee, en direction de I'autre roue polaire, de maniere que chaque dent d'une roue polaire est situee dans I'espace existant entre deux dents consecutives de I'autre roue polaire et 15 au moins un element magnetique d'orientation principale longitudinale qui est agence transversalement entre deux dents adjacentes appartenant respectivement a chaque roue polaire, et qui comporte au moins un aimant. Selon un mode de realisation connu, par exemple comme 20 decrit dans les documents EP-A-0.762.617 et FR-A-2.784.248, le rotor comporte des aimants agences transversalement entre les dents axiales. Les aimants ont pour fonction principale de reduire les fuites de flux magnetique au niveau de I'espace entre deux dents 25 adjacentes, ainsi que de renforcer le flux magnetique par [a creation d'un flux d'aimant propre. Ainsi, les proprietes magnetiques generates du rotor sont determinees en partie par les aimants. 30 Le nombre d'aimants places dans un rotor est variable et depend des caracteristiques recherchees pour la machine electrique tournante. II est ainsi possible de realiser des machines ayant un nombre d'aimants different. Ainsi, lors de la realisation de deux series de rotors entre lesquelles seules le nombre d'aimants differe, les modifications de ('installation d'assemblage des rotors pour le changement de serie pourraient titre trop importantes pour titre rentables. C'est pourquoi ii est generalement prefere de realiser des rotors permettant de conserver le meme nombre d'aimants pour io toutes les series de rotors. Par consequent, les rotors de certaines series comportent plus d'aimants que necessaires. Le flux magnetique produit par les aimants qui sont montes sur ces rotors, est alors superieur a celui necessaire, et les performances du rotor ne sont pas optimisees par rapport a son 15 utilisation prevue. L'invention a pour but de proposer un rotor comportant un element magnetique monte entre deux dents adjacentes et dont la valeur du flux magnetique cree par cet element magnetique est optimisee pour ('utilisation voulue de la machine electrique. 20 - Dans ce but, I'invention propose un rotor caracterise en ce que ('element magnetique comporte au moins une cale de support realisee en un materiau non magnetique qui est montee sur une face d'extremite transversale de I'aimant, et des moyens de liaison de la cale avec I'aimant. 25 Selon d'autres caracteristiques de ('invention : - ('element magnetique comporte deux cafes reparties transversalement de part et d'autre de I'aimant ; - ('element magnetique comporte deux aimants repartis transversalement de part et d'autre de la cale ; 30 - ('element magnetique comporte une cale externe qui est montee sur la face d'extremite radiale externe de I'aimant ; - les dimensions de I'aimant et Ies dimensions de la cale sont determinees en fonction des dimensions de ('element magnetique et en fonction des proprietes magnetiques globales de ('element magnetique ; - le rapport entre la largeur de I'aimant sur la largeur de ('element magnetique est compris entre 0,4 et 1 ; - la cale est lies a I'aimant par I'intermediaire d'une couche de colle agencee entre la cale et l'aimant ; - la cale est lies a l'aimant par surmoulage de materiau non magnetique autour d'au moins une partie de l'aimant ; - la cale est realisee venue de matiere avec les moyens to de liaison. -D'autres caracteristiques et avantages de ('invention apparaitront a la lecture de la description detaillee qui suit pour la comprehension de laquelle on se reportera aux figures annexees parmi lesquelles : 15 - la figure 1 est une representation schematique en perspective d'un rotor comportant des elements magnetiques ; - la figure 2 est une vue a plus grande echelle en section suivant un plan radial transversal du rotor represents a la figure 1, montrant la structure de ('element magnetique ; 20 - les figures 3 a 5 sont des vues similaires a Celle de la figure 2, montrant des variantes de realisation de ('element magnetique ; - la figure 6 represente ('evolution du ratio "B/Br" en fonction du ratio "La/Lg" a 20 C et 120 C ; 25 - Ia figure 7 represente la caracteristique magnetique de I'aimant appartenant a ('element magnetique. On a represente a la figure 1 un rotor 10 de machine electrique tournante qui est monte solidaire d'un arbre central (non represente) a rotation autour de ('axe principal A du rotor 10. 30 Le rotor 10 est un rotor a griffes, qui comporte notamment deux roues polaires 12 axialement juxtaposees et presentant chacune un flasque radial 14 de forme annulaire pourvu a sa peripherie exterieure de griffes 16. Un bobinage d'excitation (non represents) est implants axialement entre les flasques 14 des roues polaires 12. Chaque griffe 16 comporte un troncon d'enracinement 18 qui est prolongs a sa peripherie exterieure par une dent 20 d'orientation globalement axiale. Un entrefer annulaire existe entre la face peripherique exterieure 20e des dents 20 et la peripherie interieure du corps du stator 16. Les dents 20 sont globalement de forme trapezo'idale et io sont dirigees axialement vers le flasque 14 de I'autre roue polaire 12, la dent 20 dune roue polaire 12 penetrant dans I'espace existant entre deux dents 20 consecutives de I'autre roue polaire 12, de sorte que les dents 20 des roues polaires 12 soient imbriquees. 15 De maniere connue en soi, chaque dent 20 comporte deux faces laterales 22 dont chacune s'etend parallelement et a distance d'une face laterale 22 en vis-a-vis d'une deuxieme dent 20 adjacente, et appartenant a I'autre roue polaire 12. Par la suite, une premiere dent 20 appartenant a une roue 20 polaire 12, et une deuxieme dent 20 appartenant a I'autre roue 12, qui possedent chacune une face laterale 22 en vis-a-vis de la face laterale 22 de I'autre dent 20, seront designees comme etant deux dents 20 adjacentes. Comme on peut le voir aux figures 2 a 4, le rotor 10 25 comporte des elements magnetiques 24 interposes entre deux dents 20 adjacentes, qui reduisent les fuites de flux magnetique au niveau de I'espace entre deux dents 20 adjacentes, et qui contribuent a renforcer le flux magnetique. Selon un mode de realisation prefers, le nombre de ces 30 elements magnetiques 24 est determine de fapon quill soft inferieur au nombre de poles du rotor 10 et que leur disposition soit symetrique par rapport a I'axe du rotor 10. II est par exemple prevu quatre paires d'elements magnetiques 24 pour huit paires de poles. Dans la description qui va suivre, on fera reference a deux dents 20 adjacentes et a ['element magnetique 24 associe qui est agence entre ces deux dents 20. De plus, on adoptera a titre non limitatif les orientations verticale et transversale selon le repere V, T indique aux figures 2 a 5 pour lesquelles I'orientation verticale correspond ['orientation radiale par rapport a ['axe principal A du rotor 10 passant par un plan median de ['element io magnetique 24 et ['orientation transversale correspond a la normale a la face Iaterale 22 des deux dents 20 adjacentes, ['orientation longitudinale correspondant a ['axe principal de ['element magnetique 24. Les dents 20 etant identiques, it sera compris que cette is description s'applique de maniere identique aux autres dents 20. Comme on peut le voir plus en details aux figures 2 et suivantes, Ies faces laterales 22 en vis-a-vis des deux dents 20 comportent chacune une gorge 26, ou rainure, qui s'etend suivant Ia direction longitudinale de la face Iaterale 22. 20 La section de chaque gorge 26 suivant un plan vertical transversal est en forme de "U" ouvert transversalement vers I'autre gorge 26, et la gorge 26 comporte un fond 26a vertical et deux ailes transversales 26b qui sont ici paralleles. Les deux gorges 26 des deux dents 20 adjacentes 25 delimitent ainsi un logement longitudinal dans lequel I'element magnetique 24 est loge. Conformement a ['invention, chaque element magnetique 24 est realise en plusieurs parties, et it comporte au moins un aimant permanent 28, au moins une cale de support 30, et des 30 moyens de liaison de la cale de support 30 avec I'aimant permanent 28. Chaque aimant 28 est realise de maniere conventionnelle, par frittage de poudre magnetique ou par usinage d'un bloc de materiau magnetique. Chaque cale de support 30 est realisee en un materiau non magnetique qui est defini de maniere que la cale de support 30 n'ait aucune influence sur les proprietes magnetiques de ('element magnetique 24. Par exemple, la cale de support 30 est realisee en matiere plastique ou en aluminium. Ainsi, la cale 30 contribue a la creation d'un entrefer 10 supplementaire. La cale 30 est montse sur une face verticale d'extrsmite transversale 28a en vis-a-vis de I'aimant 28. Posterieurement a I'assemblage des aimants 28 et des cafes 30 pour former un element magnetique 24, ('element 15 magnetique 24 est ensuite place dans un champ magnetique de maniere a proceder a I'aimantation de I'element magnetique 24. Ici, I'element magnetique 24 est de forme globalement parallelepipedique, ainsi que I'aimant 28 et la cale 30. Selon un premier mode de realisation de I'invention 20 represents a la figure 2, I'element magnetique 24 comporte un seul aimant 28 et une seule cale 30, qui sont chacun agences a une extremite transversale de I'element magnetique 24. De plus, I'aimant 28 et la cale 30 sont chacun rect.'s dans une gorge 26 associee. 25 On a represents a la figure 3 un deuxieme mode de realisation de I'invention selon laquelle ('element magnetique 24 comporte deux aimants 28 et une seule cafe 30. De plus, les deux aimants 28 sont agences transversalement de part et d'autre de la cale 30, et chaque aimant 28 est rect.' dans une gorge 26 30 associee. On a represents a la figure 4 un troisieme mode de realisation de ('invention selon laquelle I'element magnetique 24 comporte deux cales 30 et un seul aimant 28. De plus, les deux cales 30 sont agencees transversalement de part et d'autre de I'aimant 28, et chaque cale 30 est revue dans une gorge 26 associee. La realisation de ('element magnetique 24 a partir de deux s elements possedant des proprietes magnetiques differentes permet d'ajuster le flux magnetique global cree par les elements magnetiques 24. En effet, le flux magnetique global cree par les elements magnetiques 24 correspond a la somme des flux magnetiques to cree par chaque element magnetique. Le flux magnetique cree par chaque element magnetique est egal au produit de la densite de flux de fonctionnement "B de ('element magnetique par la surface "S " en vis-a-vis entre I'aimant de ('element magnetique et la surface de la griffe. 15 "B " est determinee a partir de la courbe d'aimantation de la figure 7 et correspond a I'ordonnee du point C de contact entre la caracteristique magnetique de I'aimant 28 (courbe C)) et la droite A dont la pente est notamment liee aux entrefers du chemin 20 principal traverse par le flux et a la largeur "La" de I'aimant 28. Les entrefers comprennent, par exemple, I'espace situe entre la face peripherique exterieure 20e des dents 20 et la peripherie interieure du corps du stator 16. 25 "Br" correspond a la densite du flux remanent lorsque le champ magnetique H est nut. Ainsi, plus la dimension transversale "La" de chaque aimant 28 est importante, plus la droite A tend vers ('axe des ordonnees. La densite magnetique de fonctionnement "B " de 30 I'aimant tend alors vers "Br" et le flux magnetique cree par I'element magnetique 24 est augmente. Ainsi, conformement a ('invention, les dimensions de I'aimant 28, ou des deux aimants 28 formant I'element magnetique 24 sont determinees en fonction de la valeur du flux magnetique que lion desire obtenir. Les dimensions de I'slement magnetique 24, principalement sa largeur transversale "Lg" sont determinees en fonction des dimensions des deux gorges 26, de maniere que la largeur transversale "Lg" de ('element magnetique est sensiblement egale a Ia distance entre les fonds 26a des deux gorges 26. Ainsi, les dimensions de chaque cale 30 sont alors io determinees en fonction des dimensions de chaque aimant 26, de maniere a ajuster les dimensions de ('element magnetique 24 aux dimensions du logement defini par les deux gorges en vis-a-vis. On a represents a la figure 6 la variation du rapport "B/Br" 15 en fonction du rapport "La/Lg". Comme deja precise ci-dessus,"B" represente la densite du flux de fonctionnement de ('element magnetique 24, "Br" represente la densite du flux remanent, "La" represente la largeur de I'aimant 28 dans ('element magnetique 24, "Lg" represente la 20 largeur transversale de I'element magnetique 24. La densite du flux remanent correspond a la densite du flux permanent subsistant dans I'aimant a ('issue de la phase d'aimantation. Grace a la courbe de la figure 6, on peut deduire la largeur 25 "La" de I'aimant 28 selon les proprietss magnetiques recherchees de ('element magnetique 24, c'est-a-dire selon la densite du flux de fonctionnement recherche. L'evolution du rapport "B/Br" en fonction du rapport "La/Lg" est differente selon la temperature a laquelle est soumise 30 ['element magnetique 24. Ainsi a T1, proche de 20, la caracteristique de la courbe est lineaire. A T2, proche de 120 , la courbe est dans un premier temps non lineaire lorsque le rapport La/Lg est petit, puis devient ensuite lineaire. En effet, la caracteristique de I'aimant appartenant a ['element magnetique se degrade quand la temperature augmente. Cette degradation est accentuee lorsque le rapport La/Lg est faible. Or au cours du fonctionnement de la machine, la temperature de I'aimant est voisine de T2. Ainsi, en travaillant dans la partie lineaire de la courbe de T2, on peut adapter la densite du flux de fonctionnement selon la largeur "La" de la partie aimantee. La densite du flux de fonctionnement "B" minimal est fixee par la limite de fonctionnement lineaire de I'aimant a la temperature T2. Ainsi, au regard de la courbe de T2, on doit travailler dans la partie de la courbe telle que le rapport "La/Lg" soit is superieur a 0,4. On evite ainsi de demagnetiser totalement I'aimant 28. Par la courbe de T2 on peut determiner plus facilement les dimensions de I'aimant 28 en fonction de la densite du flux de fonctionnement "B" desire et selon la distance "Lg" 20 disponible entre les deux gorges 26. II sera compris que lorsque I'element magnetique 24 comporte plusieurs aimants 28, comme par exemple dans le mode de realisation represents a la figure 3, la largeur "La" d'aimant 28 qui est determinee selon les modes de realisation decrits ci- 25 dessus, correspond a la somme des largeurs de tous les aimants 28 de ('element magnetique 24. D'une maniere generate, I'utilisation de ('element magnetique 24 est particulierement avantageuse lorsque I'on desire monter un element entre deux dents 20 adjacentes dont la 30 valeur de la densite du flux de fonctionnement est inferieure a la valeur de la densite du flux de fonctionnement d'un aimant plein monte entre les deux dents. L'utilisation d'au moins une cale 30 permet alors d'adapter les dimensions de I'element magnetique 24 aux dimensions des gorges 26. La cale 30 etant realisee en un materiau non magnetique, elle contribue a la creation d'un entrefer supplementaire. De plus, ('utilisation d'une cale 30 dans ('element magnetique 24 permet aussi d'ajouter certaines proprietes mecaniques a I'element magnetique 24 par rapport a un aimant plein. io En effet, quelle que soit sa methode de realisation, un aimant 28 est un element relativement fragile. Par contre, la cale 30 est realisee en un materiau deformable elastiquement. Par consequent, I'utilisation d'une cale 30 en materiau deformable elastiquement, pour realiser ('element magnetique 24 15 permet de compenser certains ecarts dimensionnels du rotor 10 qui resulteraient par exemple en un decalage radial de deux gorges 26, c'est a dire un defaut d'alignement transversal, ou bien en une variation de la distance entre les fonds 26a des deux gorges 26. 20 Selon les modes de realisations de ('invention representes aux figures 2 a 5, la cale de support 30 est !lee a chaque aimant 28 par I'intermediaire d'une couche de colle 32. La couche de colle 32 qui lie la cale 30 a ('aimant 28 est elle aussi realisee en un materiau non magnetique. De plus, selon 25 un aspect prefere de ces modes de realisation, la couche de colle 32 est relativement souple, de maniere qu'elle aussi permette a ('element magnetique 24 d'assurer une adaptation de la forme de ('element magnetique 24 aux eventuels ecarts dimensionnels du rotor 10. 30 Selon une variante de realisation non representee des moyens de liaison de la cale 30 avec ('aimant 28, un materiau non magnetique est surmoule autour de ('aimant 28 et autour de la cale 30. Selon un mode de realisation prefers de cette variante, la cale 30 est realisee venue de matiere avec Ies moyens de liaison, c'est-a-dire que la cale 30 est realisee au moins en partie par surmoulage de materiau non magnetique autour de ['aimant 28. Lorsque la machine electrique comportant le rotor 10 est en fonctionnement, le rotor 10 tourne autour de son axe a une vitesse elevee. Par consequent, puisque les dents 16 du rotor 10, et par consequent les elements magnetiques 24, sont agences au niveau to des extremite radiales externes des flasques 14, chaque element magnetique 24 est soumis a une force centrifuge elevee tors de la rotation du rotor 10. On a represents a la figure 5 une variante de realisation de ['invention selon laquelle I'element magnetique 24 comporte une 15 cale externe 34 qui s'etend transversalement sur toute la largeur "Lg" de I'element magnetique 24 et qui est en appui verticalement vers le haut contre I'aile transversale superieure 26b de chaque gorge 26. Ainsi, la cale externe est agencee radialement entre 20 chaque aimant 28 et les ailes transversales superieures 26b des gorges 26. Lors de la rotation du rotor 10, chaque aimant s'appuie contre la cale externe 34, qui amortit alors les efforts de compression de I'aimant 28 resultants de la force centrifuge ainsi 25 que les eventuelles deformations des roue polaires 12. L'element magnetique 24 est apte a titre monte sur un rotor 10 conventionnel, en remplacement d'un aimant plein. De plus, le montage de I'slement magnetique 24 sur un rotor ne necessite aucune modification des installations d'assemblage du rotor 10, 30 ce qui ne genere par consequent aucune augmentation du coat de realisation de la machine electrique tournante. Le rotor qui vient d'etre decrit comporte des elements magnetiques 24 qui sont de forme parallelepipedique. II sera compris que ('invention n'est pas Iimitee a ce mode de realisation et que les elements magnetiques 24 peuvent etre de forme differente, par exemple ils peuvent avoir une section transversale en forme de losange. REVENDICATIONS 1. Rotor (10) de machine electrique tournante qui comporte : - deux roues polaires (12) dont chacune s'etend globalement radialement par rapport a I'axe principal du rotor (10), et comporte une serie de dents (20) axiales, dont chaque dent (20) s'etend axialement vers I'interieur depuis la roue polaire (12) associee, en direction de I'autre roue polaire (12), de maniere que chaque dent (20) d'une roue polaire (12) est situee to dans I'espace existant entre deux dents (20) consecutives de I'autre roue polaire (12) ; et au moins un element magnetique (24) d'orientation principale longitudinale qui est agence transversalement entre deux dents (20) adjacentes appartenant respectivement a chaque 15 roue polaire (12), et qui comporte au moins un aimant (28), caracterise en ce que ('element magnetique (24) comporte au moins une cale (30) de support realisee en un materiau non magnetique qui est montee sur une face d'extremite transversale de I'aimant (28), et des moyens de liaison de la cale (30) avec 20 I'aimant (28). 2. Rotor (10) selon la revendication precedente, caracterise en ce que ('element magnetique (24) comporte deux cales (30) reparties transversalement de part et d'autre de 25 I'aimant (28). 3. Rotor (10) selon la revendication 1, caracterise en ce que ('element magnetique (24) comporte deux aimants (28) repartis transversalement de part et d'autre de la cale (30). 30 4. Rotor (10) selon rune quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce que ('element magnetique (24) comporte une cale externe (34) qui est montee sur la face d'extremite radiate externe de I'aimant (28). 5. Rotor (10) selon rune quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce que les dimensions (La) de I'aimant (28) et les dimensions de la cale (30) sont determinees en fonction des dimensions (Lg) de ('element magnetique (24) et to en fonction des proprietes magnetiques globales de I'element magnetique (24). 6. Rotor (10) selon rune quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce que le rapport entre la largeur (La) 15 de I'aimant (28) sur la largeur (Lg) de ('element magnetique (24) est compris entre 0,4 et 1. 7. Rotor (10) selon rune quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce que la cale (30) est liee a I'aimant 20 (28) par I'intermediaire dune couche de colle (32) agencee entre la cale (30) et I'aimant (28). 8. Rotor (10) selon rune quelconque des revendications 1 a 6, caracterise en ce que la cale (30) est Iiee a I'aimant (28) par 25 surmoulage de materiau non magnetique autour d'au moins une partie de I'aimant (28). 9. Rotor (10) selon la revendication precedente, caracterise en ce que la cale (30) est realisee venue de matiere 30 avec les moyens de liaison.