Brevet FR2982438A1 — publié le 20130510

La présente invention concerne les machines tournantes électriques et plus particulièrement les rotors, notamment d'alternateurs. Il est connu de US 6 975 057 de découper des secteurs destinés à la réalisation d'un circuit magnétique. Il est également connu de US 6 741 005 notamment de découper en bande une tôle magnétique et de la cintrer pour forrncr un ci rcui t magnétique. Les circuits magnétiques d'induit d'excitatrice sont classiquement constitués d'un empilage dc tôles. Les tôles d'induit sont très souvent découpées dans la partie centrale des tôles de l'inducteur, voire dans une bande de tôle spécifique si l'inducteur est 10 découpé à part ou réalisé en fonte. La consommation de tôle magnétique pour réaliser l'induit est alors égale soit à un cylindre, soit à un parallélépipède de dimensions équivalentes. L'écart entre la tôle magnétique consommée et la matière réellement nécessaire à la conduction du flux magnétique est très important. 11 n'est pas rare que la matière 15 première utilisée représente le double de la matière utile au passage du flux. L'invention vise à perfectionner encore la réalisation du circuit magnétique du rotor. L'invention a pour objet, scion l'un de ses aspects, un rotor de machine électrique tournante, notamment pour machine à rotor bobiné ou à commutation de flux, 20 comportant : un support pour le montage du roto'. sur un arbre, une pluralité de secteurs tiligii1iques, de préférence en bande, fixée sur le support. L'invention permet de réduire, par exemple d'environ un tiers, la quantité de 25 matière consommée pour réaliser un induit d'excitatrice. De plus, lorsque l'on découpe classiquement l'induit et l'inducteur sur un outil complet, donc dans la même tôle, ces deux composants sont de fait réalisés dans une nuance de matière qui correspond au même degré de peribrmance magnétique. Avec l'invention, le fait de dissocier 1c découpage des tôles servant à réaliser 30 l'induit de celui des tôles servant à réaliser l'inducteur, offre la possibilité d'utiliser des nuances de matières différentes, en optimisant le choix de la nuance de matière au réel besoin de chacun des composants et donc de réduire le coût global. Un autre avantage de l'invention est que le support peut être en tôle emboutie, et en conséquence, son encombrement longitudinal est inférieur à un empilage de tôles classique. On peut donc réduire la longueur globale de la machine en profitant de cet espace disponible pour y insérer une ou plusieurs fonctions telles qu'équilibrage, pont de diodes ou roulement de palier. Les secteurs peuvent appartenir à des bandes de secteurs qui occupent chacune moins d'une révolution complète sur le rotor. fo variante, les secteurs peuvent appartenir à une ou plusieurs bande(s) de secteurs enroulée(s) sur elle(s)-rnéme(s) sur une ou plus d'une révolution complète. L'étendue angulaire de chaque bande de secteurs peut être comprise entre 60 et 360", étant de préférence de 120°. Chaque secteur peut comporter deux demi-dents, voire seulement deux demi-dents. En variante, chaque Secteur comporte au moins une dent Le rotor comporte de préférence des secteurs sur les deux faces opposées du support. Dans ce cas, les bandes de secteurs sont avantageusement décalées angulairement d'une face du support à l'autre, ce qui améliore la cohésion mécanique du rotor. Le décalage est par exemple de 60°. Les secteurs comportent de préférence plusieurs tôles magnétiques superposées, par exemple encliquetées les unes sur les autres. Les secteurs peuvent être reliés entre eux au niveau des dents. Au moins deux secteurs adjacents peuvent être reliés 20 entre eux par un pont de matière venu de matière avec la tôle des secteurs. Le rotor peut comporter une masselotte d'équilibrage, fixée sur le support. D'autres composants peuvent être fixés sur le support, par exemple un pont de diodes servant à alimenter l'inducteur principal de l'alternateur, ou un circuit électronique de régulation de la tension aux bornes de l'inducteur principal. 25 Le support peut présenter une fonne générale discoïde. Le support peut être fon-né par emboutissage d'une tôle. Le support peut comporter des nervures de rigidification s'étendant chacune en direction radiale. Le support peut présenter en périphérie des encoches qui se superposent avec des encoches des secteurs. 30 Le rotor peut comporter un évidement, notamment en lbrnie de goute d'eau, adjacent au pont de matière reliant deux secteurs adjacents. Le nombre de pôles du rotor est de préférence supérieur ou égal à 4. Les secteurs sont de préférence réalisés dans une tôle à teneur massique en carbone inférieure ou égale à 0.07%. Les bandes de secteurs peuvent porter des bobinages. L'invention a encore pour objet un procédé .de fabrication d'un rotor tel que défini ci-dessus, comportant les étapes consistant à: - découper la bande de secteurs dans une tôle magnétique, - cintrer la bande, - fixer la bande sur le support, notamment Tt l'aide de rivets. L'invention a encore pour objet une machine électrique tournante comportant un rotor selon l'invention. Le stator peut avantageusement comporter des tôles définissant le circuit magnétique du stator, découpées dans une matière différente, par exemple à plus forte teneur en carbone, de celle servant à réaliser les secteurs du rotor. La machine peut en particulier être un alternateur et le rotor selon l'invention constituer le rotor de l'excitatrice. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un exemple de mise en oeuvre non limitatif de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 représente, de façon schématique cl partielle et en perspective, un 20 exemple de rotor réalisé conformément à l'invention, - la figure 2 représente le circuit magnétique du rotor, en pince sur le support, la ligure 3 représente isolément le support, la figure 4 représente une bande de secteurs avant cintrage, - la figure 5 représente la bande de secteurs après cintrage, 25 la figure 6 illustre le montage des bandes de secteurs sur le support, la figure 7 illustre la possibilité de fixer une masselotte d'équilibrage sur le support, - les figures 8 et 9 représentent un détail de réalisation d'une tôle servant à la réalisation d'une bande de secteurs, et 30 - la figure 10 illustre la possibilité de fixer un composant électronique directement sur le support, afin de dissiper la chaleur dégagée par ce composant. Le rotor 1 représenté sur les figures est un rotor d'excitatrice, mais l'invention n'est pas limitée à un tel rotor et peut s'appliquer aux rotors de diverses machines électriques tournantes, bobinés ou non, telles qu'à commutation de 'flux par exemple. Le rotor 1 comporte, connue visible notamment sur la figure 2, un support 3 encore appelé jante, sur lequel sont fixées des bandes 5 de secteurs, dont l'une d'elles est représentée isolément à la figure 5. La jante 3 est par exemple en tôle embou e. Chaque bande 5 est par exemple formée, comme illustré, d'une succession de secteurs 7, deux secteurs 7 adjacents pouvant présenter, sur leurs flancs en regard, deux reliefs 14 et 15 destinés à coopérer lorsque la bande est cintrée, tels que par exempe une dent et une encoche de formes complémentaires. Certains secteurs 7 peuvent en outre présenter, comme illustré, un trou 17 permettant le passage d'un élément de fixation 18 sur la jante 3, tel que par exemple un rivet. La bande 5 de secteurs peut comporter en particulier, comme illustré, deux secteurs d'extrémité 7 munis chacun d'un trou 17 et deux secteurs médians, également munis d'un trou 17. Les reliefs 14 et 15, de même que les trous 17, sont formés de préférence à une faible distance du bord radialement extérieur des secteurs 7. Chaque secteur 7 comporte deux demi-dents 9, qui délimitent entre elles une encoche 11, et sont pourvues chacune d'un épanouissement polaire 10. L'encoche 11 est ainsi ouverte sur l'extérieur. On a représenté à échelle agrandie sur la figure 8, le pont de matière 8 reliant deux secteurs 7 adjacents, avant leur mise en place sur la jante 3. Ce pont de matière 8 relie les secteurs 7 du côté des dents 9, de préférence sans faire saillie sur la surface cylindrique en regard de l'entrefer sur le rotor Le pont de matière 8 est délimité, du côté radialement intérieur, par un bord arrondi 22, relié à des bords initialement rectilignes el parallèles 21. Ces derniers se raccordent à des bords rectilignes 23 qui divergent initialement. La présence des bords 21 permet de ne pas fragiliser l'outil de découpe des tôles. Lorsque les secteurs 7 sont rapprochés afin de donner à la bande 5 sa forme arquée définitive, visible sur la figure 5, les bords 21 se rapprochent et forment avec le bord 22 un profil en goutte d'eau, tandis que les bords 23 deviennent jointifs, comme illustré à la figure 9. Les évidements 29 délimités par les bords 21 et 22 ne sont pas apparents sur la figure 5. La présence de l'évidement 29 au profil en goutte d'eau est peu gênante, car celui-ci se situe dans une région où le flux magnétique est faible durant le fonctionnement de la machine. La jante 3 comporte à sa périphérie une succession d'encoches 30 qui se superposent aux encoches 11 lorsque les secteurs 7 sont en place. Les encoches 30 sont formées entre des dents 33 pourvues par exemple, comme illustré, d'épanouissements polaires qui se superposent aux. épanouissements I 0. Ainsi, les secteurs 7 peuvent recevoir des bobinages 66 lorsque fixés sur la jante 3. Les bandes 5 de secteurs 7 sont avantageusement disposées sur la jante 3 en étant décalées circonférentiellement d'une face à l'autre, comme illustré à la figure 6. Le décalage est par exemple de 0/2, où 0 désigne l'étendue angulaire d'une bande 5 de secteurs 7, avec 0 = 360/n où n est le nombre de bandes de secteurs utilisé pour faire une couronne complète. Dans l'exemple illustré, 0 vaut 120° et les bandes 5 de secteurs 7 sont décalées de 600 d'une face à l'autre. Ce décalage permet de faire coïncider le trou 17 d'un secteur d'extrémité d'une bande de secteurs située d'un côté de la jante 3 avec celui d'un secteur médian de la bande disposée du côté opposé de la jan tL; 3. La jante 3 peut être réalisée, comme illustré, avec des nervures de rigidification 40 qui s'étendent par exemple raclialement depuis un moyeu 48, cylindrique de révolution autour de l'axe du rotor, destiné au montage sur un arbre non représenté. La jante 3 est avantageusement réalisée en tôle emboutie. Des perçages 49 peuvent être réalisés sur la jante 3 pour le montage sur celle-ci de divers composants, par exemple d'une masselotte d'équilibrage 50, comme illustré à la figure 7. On peut encore disposer sur la jante 3, comme illustré à la figure 1, divers circuits électroniques, par exemple un redresseur. Sur cette ligure, on voit que l'on peut fixer sur la jante 3 un support isolant 62, sur lequel repose un circuit imprimé 63 et un shunt en cuivre 64. Sur cette flgLrre, les bobinages 66 du rotor sont représentés de façon schématique. Chaque bande 5 de secteurs 7 peut être formée par un paquet de tôles superposées et encliquetées. Le découpage des tôles peut se faire en bandes en économisant la matière. Après découpage, la bande 5 présente par exemple une forme sensiblement droite, illustrée à la figure 4. On donne à la bande 5 sa forme définitive en la cintrant au niveau des ponts de matière 8. Les encoches 11 .peuveni titre bobinées après fixation des secteurs 7 sur la jante 3. On peut utiliser la jante 3 comme dissipateur thermique, le cas échéant, en fixant dessus le ou les composants à refroidir, comme illustré à la figure 10, où l'on voit une diode 60 fixée sur une semelle de réception formée sur la jante 3, par exemple au niveau d'une nervure de raidissement 40. Le cas échéant, un passe fil ou un dégagement pour le cheminement de câbles électriques est intégré dans la jante 3. Le circuit magnétique du rotor peut être réalisé avec des tôles à plus faible teneur en carbone q, e celles du stator, car l'induit d'excitatrice est moins sollicité magnéti qu em en t. On peut par exemple utiliser, pour réaliser les secteurs 7, un acier à teneur en 20 carbone comprise entre 0 et 0.07%. De préférence, le nombre de pôles du rotor est supérieur ou egolà 4, l'invention n'étant pas limitée à la polarité illustrée. La jante 3 peut être réalisée dans un matériau magnétique ou non. Dans une variante, la jante 3 est réalisée sans les encoches 30 ou sans les 25 épanouissements polaires 33, ne s'étendant par exemple pas jusqu'à la périphérie du circuit magnétique du rotor. Plutôt que d'utiliser plusieurs bandes de secteurs disposées les unes à la suite des autres pour reconstituer une couronne de chaque côté de la jante 3, on peut utiliser une. bande de secteurs dont la longueur est telle que celle-ci s'étend sur une révolution 30 complète ou plus d'une révolution complète autour de l'axe de rotation. L'invention n'est pas limitée à l'exemple illustré. Par exemple, le rotor n'est pas bobiné et utilisé dans une machine à commutation de flux. L'expression « comportant un » doit se comprendre comme étant synonyme de « comportant au moins un », sauf si le contraire est spécifié. REVENDICATIONS1. Rotor (1) de machine électrique tournante, notamment pour machine à rotor bobiné ou à commutation de flux, comportant un support (3) pour le montage du rotor sur un arbre, - une pluralité de secteurs magnétiques (7) de préférence en bande (5), fixée sur le support. 2. Rotor selon la revendication 1, les secteurs (7), de préférence appartenant à des bandes (5) de secteurs qui occupent chacune moins d'une révolution complète sur le 10 rotor. 3. Rotor selon la revendication 1, les secteurs appartenant à une ou plusieurs bande(s) de secteurs enroulée(s) sur el le(s)-même(s) sur une révolution complète ou plus d'une révolution complète. 4. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, l'étendue 15 accula ire de chaque bande de secteurs étant comprise entre 60 et 360°. 5. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, chaque secteur (7) comportant deux demi-dents (9), mieux ne comportant que deux demi-dents (9). 6. Rotor scion l'une quelconque des revendications précédentes, comportant des secteurs (7) sur deux faces opposées du support (3). 20 7. Rotor selon la revendication précédente, les bandes (5) de secteurs étant décalées angulairement d'une face du support à l'autre. 8. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, les secteurs (7) comportant plusieurs tôles magnétiques superposées, encliquetées les unes sur les autres. 25 9. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant une masselotte d'équilibrage (50), fixée sur le support. 10. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant un circuit électronique, notamment au moins une diode de redressement, fixée sur le support (3). 30 11. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, le support (3) étant formé par emboutissage d'une tôle.. 12. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, le support comportant des nervures de rigidification (40) s'étendant chacune en direction radiale. 13. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, au moins deux secteurs aciji:cents (7) étant reliés entre eux par un pont de matière (8) venu de matière avec la tôle des secteurs. 14. Rotor selon la revendication précédente, comportant un évidement (29), notamment en forme de goute d'eau, adjacent au pont de matière (8). 15. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, le nombre de pôles du rotor étant supérieur ou égal à 4. 16. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, les secteurs étant réalisés dans une tôle à teneur massique en carbone inférieure ou égale à 0.07%. 17. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, le support (13) présentant en périphérie des encoches (30) qui se superposent avec des encoches (11) des secteurs (7). IS, Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, les bandes (5) de secteurs (7) portant des bobinages (66). 19. Machine électrique tournante, notamment excitatrice d'alternateur, comportant un rotor (1) tel que défini dans l'une quelconque des revendications précéd entes. 20. Machine selon la revendication :9, comportant un stator ayant un circuit magnétique réalisé avec des tôles découpées dans une matière différente de celle servant à réaliser les secteurs, notamment ayant une teneur en carbone supérieure. 21. Procédé de fabrication d'un rotor tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 18, comportant les étapes consistant à: - découper une bande (5) de secteurs dans une tôle magnétique, - cintrer la bande, - fixer la bande sur le support (3).30