Brevet FR2927481A1 — publié le 20090814

Procédé de montage d'un pôle magnétique et rotor associé. La présente invention concerne un procédé de montage d'un pôle magnétique d'un rotor pour machine tournante électrique synchrone, par exemple pour moteur électrique ou un alternateur. Le document EP 1 646 126 décrit un rotor comportant des pôles magnétiques constitués par une pluralité d'aimants permanents distincts, séparés les uns des autres par une feuille électriquement isolante interposée entre ceux-ci. Il est connu de former de tels pôles magnétiques selon les étapes suivantes, ordonnées selon l'ordre décrit. Tout d'abord, des éléments élémentaires de forme parallélépipédique rectangle sont magnétisés pour former des aimants élémentaires permanents. Puis, les aimants élémentaires sont collés les uns à côté des autres avec interposition de la feuille électriquement isolante dans un évidement formé sur le pourtour du moyeu du rotor. L'évidement présente un fond de forme convexe. Les aimants élémentaires sont collés les uns aux autres et au fond convexe de l'évidement avec leurs pôles magnétiques (nord/sud) dirigés selon les mêmes directions. Toutefois, l'étape de collage des aimants élémentaires est très longue car les aimants élémentaires sont fixés les uns aux autres et qu'ils se repoussent. De plus, comme la surface plane des aimants élémentaires est fixée sur une surface de fond convexe, il existe des interstices formant des fissures ou fail- les tronconiques à la surface du pôle magnétique ainsi formé. L'invention a pour but de proposer un procédé de montage d'un pôle magnétique plus facile et plus rapide. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de montage d'un pôle ma- gnétique du type précité. caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes successives suivantes : a) formation d'un bloc d'éléments élémentaires par fixation d'au moins deux éléments élémentaires l'un à l'autre avec interposition d'un isolant électrique entre ceux-ci, lesdits éléments élémentaires étant magnétisables ; b) magnétisation du bloc d'éléments élémentaires ; c) fixation du bloc d'éléments élémentaires au moyeu, ledit bloc d'éléments élémentaires formant au moins une partie du pôle magnétique. Suivant des modes particuliers de réalisation, le procédé de montage d'au moins un pôle magnétique comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou en combinaison : - le bloc d'éléments élémentaires présente une forme parallélépipédique rectangle, et le procédé comprend en outre une étape d'usinage d'une face principale du bloc d'éléments élémentaires pour former une face de forme cylindrique ayant un rayon sensiblement égal au rayon (R) du moyeu, ladite étape d'usinage étant réalisée avant l'étape de magnétisation, - la face de forme cylindrique présente un axe (X-X) de cylindre, ledit axe (X-X) étant perpendiculaire aux faces longitudinales du bloc d'éléments élémentaires et parallèle aux faces latérales du bloc d'éléments élémentaires, - les éléments élémentaires sont fixés l'un à l'autre à l'aide d'une colle, et l'isolant électrique est une feuille électriquement isolante, - les éléments élémentaires sont fixés l'un à l'autre à l'aide d'une colle chargée en particules solides ou d'une colle chargée en fibres de matériau non conducteur, ladite colle formant l'isolant électrique, - les étapes a) à c) sont répétées pour obtenir plusieurs blocs d'éléments élémentaires, lesdits blocs d'éléments élémentaires étant fixés sur le moyeu les uns à coté des autres avec interposition d'un isolant électrique entre ceux-ci, une face longitudinale d'un bloc d'éléments élémentaires formant une face latérale du pôle magnétique, - une étape de fixation d'un isolant électrique sur le moyeu, l'isolant électri- que étant interposé entre le moyeu et lesdits blocs d'éléments élémentaires, - une étape de fixation d'un isolant électrique sur la face de forme cylindri- que des blocs d'éléments élémentaires, - le bloc d'éléments élémentaires comprend 1 à 20 éléments élémentaires. L'invention a également pour but un rotor pour machine tournante électrique synchrone comportant un moyeu, caractérisé en ce qu'au moins un pôle magnétique est réalisé sur le moyeu par le procédé de montage décrit ci-dessus. En variante, le rotor réalisé sur ledit moyeu comprend des évidements dont la surface de fond est plane, le bloc d'éléments élémentaires étant fixé contre la-dite surface de fond. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins, sur les-quels : - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un moteur électrique à aimants permanents comprenant un rotor conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe selon un plan II-II du rotor de la figure 1 ; - la figure 3 est un organigramme représentant les étapes du procédé de montage d'un pôle magnétique selon l'invention ; - la figure 4 est une vue en perspective d'un élément élémentaire ; - la figure 5 est une vue en perspective d'un bloc d'éléments élémentaires ; - la figure 6 est une vue en perspective du bloc de la figure 5 après usi- nage ; - la figure 7 est une vue de côté du bloc de la figure 6 ; et - la figure 8 est une vue en perspective de quatre blocs d'éléments élémen-taires fixés dans un évidement d'un rotor. L'invention concerne un procédé de montage de pôles magnétiques sur un rotor d'une machine tournante électrique synchrone. Ce procédé est décrit à titre d'exemple par le montage de pôles magnétiques 2, 4 sur le rotor 6 d'un moteur électrique 8. Comme représenté sur la figure 1, le moteur électrique 8 comprend un stator 10 solidaire d'un carter 12, et un rotor 6 solidaire d'un arbre 16. Le stator 10 entoure le rotor 6. Il comprend des bobinages 18 propres à générer un flux magnétique. Le rotor 6 comprend un moyeu 20 solidarisé en rotation à l'arbre 16 par des moyens d'entraînement, non représentés, comme par exemple des cannelures. Le moyeu 20 présente une forme externe cylindrique de rayon prédéfini R. Le moyeu 20 est constitué exclusivement d'un métal ou d'un alliage métallique conducteur de champ magnétique, en particulier d'un matériau ferromagnétique. Des évidements 22, 24 sont formés sur le pourtour du moyeu 20. Les évi- dements 22, 24 sont régulièrement espacés les uns des autres. Les évidements 22, 24 sont destinés à recevoir des aimants permanents pour constituer le pôle magnétique 2. Les évidements 22, 24 présentent une paroi de fond 34 plate. Les évidements 22, 24 ont une largeur et une longueur égales à la largeur IE et à la longueur LE du pôle magnétique 2. Le procédé de montage d'un pôle magnétique 2 selon l'invention est illustré sur la figure 3. Il débute par une étape 36 de formation d'un bloc d'éléments élémentaires 37 par collage d'éléments élémentaires 38, 40 les uns aux autres avec interposition d'un isolant électrique 32 sous forme de feuille, ci-après appelé feuille isolante 32. Chaque élément élémentaire 38, 40 est formé dans un matériau magnéti- sable tel qu'un matériau magnétiquement dur. Plusieurs éléments élémentaires, par exemple entre 1 et 20, de préférence entre 6 et 10, sont collés les uns autres pour former le bloc 37. Comme visible sur la figure 4, chaque élément élémentaire 38 présente une forme parallélépipédique rectangle ayant deux faces principales 42, 44, deux fa- ces longitudinales 46, 48 et deux faces latérales 50, 52. Il présente par exemple une largeur de 6 mm, une longueur de 30 à 60 mm et une épaisseur d'environ 15 mm. La face principale 42, 44 d'un élément élémentaire a une largeur égale de 0,05 à 1 fois la largeur IE du pôle magnétique 2. La face principale 42, 44 d'un élément élémentaire a une longueur égale de 0,05 à 1 fois la longueur LE d'un pôle magnétique 2. L'ensemble de la surface des faces longitudinales 46, 48 de chaque élément élémentaire 38, 40 est fixé à l'ensemble de la surface de chaque feuille isolante 32 de sorte que le bloc 37 forme un bloc massif, d'un seul tenant. Ainsi, la surface extérieure du bloc 37 est continue. Le bloc 37 ne comporte pas de failles ou de fissures. La feuille isolante 32 permet d'isoler électriquement les aimants les uns des autres pour réduire les pertes électriques provenant de la circulation de courants de Foucault induits par les flux magnétiques circulant entre le rotor et le stator. La feuille isolante 32 n'empêche pas la circulation des flux magnétiques. La feuille isolante 32 est réalisée par exemple dans un papier composé de fibres méta-aramides connues sous le nom de � Nomex � (marque déposée) ou un film polyimide connu sous le nom de � Kapton � (marque déposée), ou toute autre matière électriquement isolante telle qu'un polymère technique pur ou chargé. La feuille isolante 32 présente une faible épaisseur (par exemple de 20 �m) par rapport à l'épaisseur des éléments élémentaires 38, 40. Le bloc 37 présente une forme rectangulaire parallélépipédique. Il possède deux faces principales 56, 58, deux faces longitudinales 60, 62, et deux faces latérales 64, 66. La longueur Lb d'une face longitudinale 60 du bloc 37 est égale à la largeur IE du pôle magnétique 2. La longueur L, d'une face latérale 64, 66 du bloc 37 est égale à 0,05 à 1 fois la longueur LE du pôle magnétique 2. Puis, au cours d'une étape d'usinage 68, une face principale 56 du bloc est usinée de manière à ce que cette face présente une forme cylindrique de rayon R égal au rayon R du moyeu 20 destiné à recevoir le bloc 37. La face de forme cylindrique 56 présente un axe X-X de cylindre perpendi- culaire aux faces longitudinales 60, 62 du bloc d'éléments élémentaires 37 et parallèle aux faces latérales 64, 66 du bloc d'éléments élémentaires 37. Au cours d'une étape 70, le bloc 37 est magnétisé par un dispositif propre à lui appliquer un champ magnétique important. La magnétisation d'un bloc est avantageusement réalisée à ce stade, car il n'est pas possible de le faire lorsque les pôles sont constitués sur le rotor en rai-son des dimensions du rotor et des pôles, et des énergies à mettre en jeu pour la magnétisation. Le bloc 37 est magnétisé de façon à ce que l'axe magnétique généré par magnétisation s'étende parallèlement aux faces longitudinales 46, 48 des élé- ments élémentaires 38, 40 le constituant. Au cours de l'étape 70, seul le bloc 37 est magnétisé, c'est-à-dire que ce bloc n'est pas magnétisé avec le moyeu 20 ou avec un support de réception du bloc 37. Le bloc 37 ainsi constitué forme un ensemble continu (sans failles) d'aimants permanents accolés les uns aux autres avec interposition d'une feuille isolante. Comme le bloc 37 constitue uniquement une partie du pôle 2 qui s'étend selon la largeur du pôle, la taille du bloc 37 est suffisamment petite pour qu'un dispositif d'aimantation disponible dans le commerce puisse l'aimanter. Au cours d'une étape 71, une feuille isolante 32 est collée sur la paroi de fond 34 de l'évidement 22. A l'étape 72, la face principale 58 plane du bloc magnétisé 37 est collée sur cette feuille isolante 32. Le bloc 37 est positionné de manière à ce que sa face longitudinale 60 forme la face latérale du pôle magnétique 2. La hauteur du bloc 37 correspond à la profondeur des évidements 22, 24 de sorte que la forme cylindrique de la face usinée 56 coïncide avec la forme cylindrique du moyeu 20. Puis, les étapes 36 à 72 sont répétées pour réaliser et fixer trois autres blocs magnétisés 74, 76, 78 dans l'évidement 22 avec interposition d'une feuille isolante 32. Les blocs magnétisés 37, 74, 76, 78 forme l'ensemble du pôle ma- gnétique 2. Les blocs magnétisés 37, 74, 76 et 78 fixés dans un même évidement 22 présentent tous les mêmes polarités. Ensuite, quatre blocs magnétisés de polarités inverses sont réalisés et col-lés dans l'évidement 24 avec interposition d'une feuille isolante 32 adjacent à l'évidement 22 pour réaliser un nouveau pôle magnétique 4. Lorsque l'ensemble des pôles magnétiques est réalisé sur le moyeu 20, au cours d'une étape 75, une feuille isolante 32 est collée sur l'ensemble du rotor 6 muni des pôles magnétiques ainsi formés. Cette feuille isolante permet d'éviter les courts-circuits entre les pôles. Enfin, une frette 79 de maintien des pôles magnétiques 2, 4 est monté au-tour de celui-ci au cours d'une étape 80. La frette est réalisée dans un matériau composite tel que par exemple du verre, du carbone et en fibres aramides connues sous le nom de Kevlar (marque déposée). La feuille isolante 32 est collée sur l'ensemble des pôles magnétiques au cours de l'étape 75 que lorsque la frette est réalisée en matériau non isolant typiquement en fibres de carbone. En variante, les évidements 22 et 24 présentent une faible profondeur de 1 à 2 mm et des cales interpolaires sont interposées entre chaque pôle magnétique. En variante, la feuille isolante 32 est remplacée par une colle chargée en particules solides électriquement non conductrice ou une colle chargée en fibres de matériau électriquement non conducteur. La feuille isolante 32 interposée entre les blocs magnétisés 74, 6, 78 peu-vent être réalisés dans un matériau différent que la feuille isolante 32 fixée entre les éléments élémentaires 38, 40. En variante, la feuille isolante 32 n'est pas collée sur l'ensemble du rotor 6 mais elle est collée uniquement sur chaque pôle magnétique 2, 4. En variante, les éléments élémentaires 38, 40 peuvent avoir une hauteur différente pour minimiser la quantité de matière à enlever lors de l'étape 68 d'usinage. En variante également, les éléments élémentaires ont des hauteurs diffé-rentes et présentent chacun une face principale 42 formant une portion de la sur-face cylindrique de sorte qu'il n'est pas nécessaire d'usiner la face principale 56 du bloc d'éléments élémentaires 37. En variante également, les éléments élémentaires présentent une forme parallélépipédique ayant une face principale de largeur et de longueur égales à celles du pôle magnétique mais de hauteur inférieure à celui-ci. Dans ce mode de réalisation, le pôle magnétique est formé par empilage suivant l'axe du rotor d'éléments élémentaires. Avantageusement, la feuille isolante 32 qui enrobe facilite le montage de la frette 79. Avantageusement, le procédé est appliqué pour réaliser tout rotor de ma-chine tournante électrique synchrone où il est nécessaire de réduire les pertes électriques provenant du courant de Foucault induit par les flux magnétiques circulant entre le stator et le rotor. En particulier, le procédé selon l'invention peut être appliqué pour réaliser le rotor de moteurs dont le diamètre du rotor est supérieur à 100 mm, ou de moteurs à forte puissance (puissance supérieure à 50 KW). Avantageusement, il est facile de coller les éléments élémentaires 38, 40 les uns aux autres avant magnétisation de ceux-ci. Ainsi, le montage d'un pôle magnétique est plus facile et plus rapide. Avantageusement, les éléments élémentaires sont fixés les uns aux autres sur toute leur surface de sorte qu'ils constituent un ensemble monobloc ne comportant pas d'interstice ou de fissure entre les éléments élémentaires. Ainsi, le pôle magnétique ainsi constitué résiste mieux aux pressions mécaniques générées par le couple moteur lorsque le rotor est mis en rotation. Avantageusement, la face externe du pôle magnétique 2 ainsi constitué est parfaitement cylindrique. Avantageusement, cette méthode de montage permet de réaliser des rotors à moindre coût. Plus généralement, l'invention a également pour objet un moteur électrique comprenant un rotor tel qu'illustré sur les figures 1 et 2 ayant un moyeu 20 sur lequel des pôles magnétiques sont réalisés selon le procédé décrit ci-dessus. REVENDICATIONS 1.- Procédé de montage d'au moins un pôle magnétique (2, 4) d'un rotor (6) pour machine tournante électrique synchrone (8) à partir d'éléments élémentaires (38, 40), le rotor (6) comprenant un moyeu (20) présentant une forme externe cy- lindrique de rayon prédéfini (R), caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes successives suivantes : a) formation (36) d'un bloc d'éléments élémentaires (37, 74, 76, 78) par fixation d'au moins deux éléments élémentaires (38, 40) l'un à l'autre avec inter-position d'un isolant électrique (32) entre ceux-ci, lesdits éléments élémentaires (38, 40) étant magnétisables ; b) magnétisation (70) du bloc d'éléments élémentaires (37, 74, 76, 78) ; c) fixation (72) du bloc d'éléments élémentaires (37, 74, 76, 78) au moyeu (20), ledit bloc d'éléments élémentaires (37, 74, 76, 78) formant au moins une partie du pôle magnétique (2, 4). 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc d'éléments élémentaires (37, 74, 76, 78) présente une forme parallélépipédique rectangle, et en ce qu'il comprend en outre une étape d'usinage (68) d'une face principale (56) du bloc d'éléments élémentaires (37, 74, 76, 78) pour former une face de forme cylindrique ayant un rayon sensiblement égal au rayon (R) du moyeu (20), ladite étape d'usinage (68) étant réalisée avant l'étape de magnétisa- tion (70). 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la face de forme cylindrique (56) présente un axe (X-X) de cylindre, ledit axe (X-X) étant perpendiculaire aux faces longitudinales (60, 62) du bloc d'éléments élémentaires (37, 74, 76, 78) et parallèle aux faces latérales (64, 66) du bloc d'éléments élémentaires (37, 74, 76, 78). 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les éléments élémentaires (38, 40) sont fixés l'un à l'autre à l'aide d'une colle, et en ce que l'isolant électrique (32) est une feuille électriquement isolante. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les éléments élémentaires (38, 40) sont fixés l'un à l'autre à l'aide d'une colle chargée en particules solides ou d'une colle chargée en fibres de matériau non conducteur, ladite colle formant l'isolant électrique (32). 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les étapes a) à c) sont répétées pour obtenir plusieurs blocs d'éléments élémentaires (37, 74, 76, 78), lesdits blocs d'éléments élémentaires (37, 74, 76, 78) étant fixés sur le moyeu (20) les uns à coté des autres avec interposition d'un isolant électrique (32) entre ceux-ci, une face longitudinale (60, 62) d'un bloc d'éléments élémentaires (37, 74, 76, 78) formant une face latérale du pôle magné-tique (2, 4). 7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de fixation (71) d'un isolant électrique (32) sur le moyeu (20), l'isolant électrique (32) étant interposé entre le moyeu (20) et lesdits blocs d'éléments élémentaires (37, 74, 76, 78). 8.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de fixation (75) d'un isolant électrique (32) sur la face de forme cylindrique (56) des blocs d'éléments élémentaires (37, 74, 76, 78). 9.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le bloc d'éléments élémentaires (37, 74, 76, 78) comprend 1 à 20 éléments élémentaires (38, 40). 10.- Rotor (6) pour machine tournante électrique synchrone (8) comportant un moyeu (20), caractérisé en ce qu'au moins un pôle magnétique (2, 4) est réali- sé sur le moyeu (20) par le procédé de montage selon l'une quelconque des revendications 1 à 9. 11.- Rotor (6) selon le revendication 10, caractérisé en ce que le moyeu (20) comprend des évidements (22, 24) dont la surface de fond (34) est plane, le bloc d'éléments élémentaires (37, 74, 76, 78) étant fixé contre ladite surface de fond (34).