Brevet FR3009769A1 — publié le 20150220

-1- Organe mobile, notamment rotor pour machine électrique et procédé de réalisation Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine des machines électriques et plus particulièrement un organe mobile, notamment rotor et son procédé de réalisation, l'organe mobile étant constitué d'une culasse sur laquelle sont collés des aimants. Etat de la technique On connaît, dans l'état de la technique, divers procédés de réalisation de rotors aimantés. Par exemple le brevet US5898990 qui présente une solution utilisant une culasse formée d'encoches pour le dépôt d'une colle. L'utilisation d'une culasse avec un coefficient d'expansion thermique différent de celle de la bague aimantée collée permet d'assurer un collage lors d'une montée en température de l'ensemble. Par ailleurs, le brevet US7372181 présente une solution où la culasse supportant l'aimant présente une forme circulaire et des portions convexes qui correspondent avec une forme complémentaire de la bague aimantée présentant donc des renforcements. Les formes complémentaires permettent d'assurer un maintien après positionnement de l'aimant sur la culaàse et d'assurer une transmission du couple mécanique entre aimant et culasse sans décollement relatif. Le brevet US7462689 présente une solution où la culasse portant l'aimant se présente sous la forme d'un axe sur lequel est directement fixé, collé, une bague aimantée. Pour ce faire, la bague aimantée présente une forme intérieure de type hexagonale. Les pqrtions plates intérieures de l'axe viennent en contact ponctuel avec l'axe générant une pluralité -2- d'espace où une colle peut être placée et propagée sur l'axe par simple gravité. L'aimant présent par ailleurs sur une de ses extrémités une forme de cône tronqué, permettant l'insertion de la colle. Plus récemment, le brevet GB2494788 propose un procédé de collage d'un aimant bague dans une frette extérieure par immersion et injection d'une colle par une portion centrale de la culasse creuse. Un axe agit comme un piston et un manchon entoure complétement l'ensemble culasse + aimant. Inconvénients des solutions de l'art antérieur Les solutions de l'art antérieur présentent plusieurs inconvénients dont les principaux sont la nécessité de réaliser des formes complexes au rotor et/ou à l'aimant, l'existence d'un jeu sur les coefficients thermiques différents entre culasse et aimant, la nécessité de réaliser plusieurs étapes ralentissant la réalisation et augmentant son coût. Problèmes résolus par l'invention La présente invention vise à remédier à ces 25 inconvénients en proposant une solution permettant la réalisation simple et fiable d'un rotor aimanté avec les avantages suivants : -permettre d'assembler des matériaux de coefficient de dilatation différent, 30 -assurer la concentricité de l'aimant bague par rapport à l'axe, -permettre à la colle de se répartir sur le maximum de surface, de manière homogène sur le pourtour, -pouvoir s'assurer de la quantité de colle entre l'aimant et 35 la culasse, -3- -permettre l'emploi de colle de viscosité élevée, -permettre d'accepter les tolérances élevées des aimants bagues, -assurer un blocage en rotation de l'aimant sans avoir recours 5 à des formes intérieures de l'aimant aux tolérances difficiles à réaliser, -minimiser le nombre de pièces, -permettre l'utilisation de pièces de révolution pour la culasse, réalisable par usinage, 10 -permettre de coller des aimants de grande longueur et diamètre. Solution apportée par l'invention 15 L'invention concerne un organe mobile aimanté, et notamment un rotor pour une machine électrique. Par souci de simplicité, la description qui suit se rapportera principalement à l'exemple d'un moteur rotatif, comportant un rotor cylindrique. Mais l'invention n'est pas limitée à une 20 machine rotative et concerne également une machine électrique linéaire. En effet, un moteur linéaire est essentiellement un moteur dont le rotor « a été déroulé » de sorte qu'au lieu de produire une force de rotation, par un champ électromagnétique tournant, il produise une force linéaire sur sa longueur en 25 installant un champ électromagnétique de déplacement. Pour pallier aux problèmes de l'art antérieur et apporter les avantages cités, l'invention propose un organe mobile aimanté, et notamment rotor pour machine électrique 30 sans balai comprenant une culasse, un aimant moteur, et un piston caractérisé en ce que l'aimant moteur présente un diamètre intérieure DA, la culasse présente un diamètre extérieure DC2, le piston présente un diamètre extérieure DP, tels que DA est supérieur aux diamètres DC2 et DP, et en ce 35 que l'aimant moteur est collé à la culasse et au piston par un -4- joint adhésif réparti entre les diamètres DA et DC2 et entre DA et DP. De préférence, ledit organe aimanté présente une géométrie de révolution autour de l'axe de rotation ou 5 translation du rotor comprenant un axe mécanique caractérisé en ce que l'aimant moteur présente un diamètre intérieur DA, la culasse présente un diamètre extérieur DC2, le piston présente un diamètre extérieur DP, tels que DA est supérieur aux diamètres DC2 et DP, et en ce que l'aimant moteur est 10 collé à la culasse et au piston par un joint adhésif réparti entre les diamètres DA et DC2 et entre DA et DP. Selon une variante avantageuse, la culasse présente deux diamètres distincts DC1 et DC2, et DC2>DC1. Selon une autre variante, la culasse présente trois 15 diamètres distincts DC1, DC2, DC3, et en ce que DC3>DC2>DC1. Avantageusement, l'aimant moteur est en appui sur la culasse sur une surface définie par la différence des diamètres DC3 et DC2 de la culasse. Selon un mode de réalisation particulier, un aimant 20 codeur est collé sur la culasse sur une surface de référence orthogonale à l'axe de rotation ou translation du rotor. Avantageusement, un aimant codeur est collé sur le piston sur une surface de référence orthogonale à l'axe de rotation ou translation du rotor. 25 Selon une autre variante, la culasse est fixée sur l'axe (6) en appui sur une flasque supportant au moins un roulement (15) lié à l'axe (3). L'invention concerne également un procédé de réalisation d'un Organe mobile aimanté, et notamment un rotor 30 caractérisé par les étapes suivantes : -on fixe l'axe mécanique sur la culasse, -on place l'aimant moteur en regard de la culasse, -on place un joint adhésif sur la culasse, -on écrase le joint adhésif à l'aide d'un piston 35 permettant à l'adhésif de se répartir entre l'aimant moteur et -5- la culasse et entre l'aimant moteur et le piston. Description détaillée des modes de réalisation L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, se référant aux dessins annexés correspondant à un exemple non limitatif de réalisation, concernant un moteur rotatif, bien que l'invention ne soit pas limitée à un moteur rotatif mais s'étende aussi à un moteur linéaire, où : - les figures la et lb représentent respectivement une vue de trois-quarts et une vue de coupe du rotor suivant un premier mode de réalisation et selon un plan passant par l'axe de rotation, -la figure 2 représente une vue de coupe de la culasse et de l'axe du rotor suivant le premier mode de réalisation, -la figure 3 représente une vue de coupe de la culasse, de l'axe et de l'aimant du rotor suivant le premier 20 mode de réalisation, -la figure 4 représente une vue de détail de coupe du rotor suivant le premier mode de réalisation où le joint adhésif est positionné dans un logement de la culasse sur une extrémité axiale, 25 -la figure 5 représente une vue de détail de coupe du rotor suivant le premier mode de réalisation où le piston est en approche du joint adhésif, - la figure 6 représente une vue de coupe du rotor suivant le premier mode de réalisation où le piston est en 30 appui avec la culasse, - la figure 7 représente une vue de coupe du rotor suivant le premier mode de réalisation où un aimant codeur est installé, - la figure 8 représente une vue éclatée du rotor 35 suivant le premier mode de réalisation avec un aimant codeur, -6- - les figures 9a, 9b et 9c représentent un rotor suivant un deuxième mode de réalisation respectivement suivant une vue de perspective, un plan de coupe passant par l'axe de rotation et une vue isolée de coupe, - les figures 10a, 10b et 10c représentent un rotor suivant un troisième mode de réalisation respectivement suivant une vue de perspective et deux vues de coupe passant par l'axe de rotation. - la figure 11 représente une vue d'un actionneur linéaire. Le rotor (1) défini par l'invention dans un premier mode de réalisation est présenté en figure la dans une vue de perspective et en figure lb selon une vue en coupe suivant 15 l'axe de rotation du rotor (1) qui est un axe d'axi-symétrie. Ce rotor (1) est constitué d'un axe (6) mécanique destiné à entrainer un organe extérieur non montré, d'une culasse (3) généralement ferromagnétique, même si la présente invention peut s'imaginer avec une culasse (3) amagnétique, 20 d'un aimant moteur (4), d'un piston (5) et un aimant codeur (2), l'aimant codeur (2), servant à un capteur de position pouvant piloter le moteur électrique, n'étant pas non plus nécessaire à la présente invention mais constituant une réalisation préférée. 25 La culasse (3) présente trois tronçons coaxiaux, de sections décroissantes. Le tronçon médian présente une section extérieure correspondant à la section intérieure de l'aimant (4). L'aimant (4) présente une hauteur supérieure à la 30 hauteur du segment médian. Il forme ainsi une jupe dépassant le tronçon médian de la culasse (3) et définissant, avec le troisième segment de la culasse (3), un espace tubulaire dans lequel vient se loger la périphérie tubulaire du piston (5). 35 Les figures 2 à 6 sont les vues isolées du rotor -7- (1) dans les étapes chronologiques de sa réalisation. La figure 2 montre la culasse (3) montée sur l'axe (6), généralement chassé mécaniquement ou bien fixer par 5 goupille ou par soudure ou par tout autre moyen classique de fixer une culasse à un axe mécanique. Avantageusement, la culasse (3) présente plusieurs diamètres notés DC1, en une première extrémité, DC2 sur la 10 plus grande partie axiale et DC3 sur une partie supérieure. De manière préférentielle, la culasse est prolongée sur sa deuxième extrémité par un nez (10) servant à faciliter la fixation de la culasse (3) sur l'axe (6). 15 En deuxième étape, comme présenté en figure 3, l'aimant moteur (4) est positionné sur la culasse (3) en appui de celle-ci sur la surface d'appui (9) définie par la différence entre les diamètres DC2 et DC3. Dans cette deuxième étape, l'aimant moteur (4) est simplement positionné. Cet 20 aimant moteur (4) présente un diamètre interne DA tel que DC3>DA>DC2. L'existence du diamètre DC3 est propre à ce premier mode de réalisation mais n'est pas nécessaire dans l'invention dans le sens où le maintien de l'aimant moteur (4) dans une position axiale peut être réalisé lors du procédé de 25 réalisation par un organe extérieur. En effet, même si la culasse (3) de ce premier mode de réalisation permet une réalisation facilité, la proximité de la surface d'appui (9), généralement ferromagnétique, favorise un chemin de fuite magnétique par lequel se boucle le champ magnétique généré par 30 l'aimant moteur (4) est dégrade ainsi légèrement le facteur de force du moteur. Ainsi, l'arrêt axial de l'aimant moteur (4) pourra aussi être fait lors du procédé de réalisation et se retirer après réalisation. 35 La figure 4 présente une vue isolée du rotor (1) -8- dans une troisième étape où un cordon de joint adhésif (8), dont la forme peut différer selon l'outil qui le met en place, est déposé sur la culasse (3) dans le logement (11) généré par les différents diamètres DC1, DC2 et DA en la première 5 extrémité du rotor. L'accès par cette première extrémité est facile car dégagée et le joint adhésif peut être installé sur toute l'excursion angulaire du logement (11) ou partiellement. Le joint adhésif (8) est par exemple, mais de manière non limitative, une colle de type silicone, par exemple la colle 10 commercialisée par HENKEL (marque) sous la dénomination commerciale Loctite 5910 (nom commercial). Dans une quatrième étape, et comme présenté en figure 5, le piston (5) est amené en regard du joint adhésif 15 (8). Les flèches verticales sur le piston (5) indiquent le déplacement axial qui est réalisé par le piston (5) vers le rotor (1) en construction. Les doubles flèches sur le joint adhésif (8) symbolisent le flux du joint adhésif (8) qui va se dérouler lors de l'écrasement par le piston (5) de ce joint 20 adhésif (8). Ce piston (5) présente un diamètre externe (DP) qui est tel que DA>DP. Ce diamètre DP est de l'ordre de grandeur du diamètre DC2 de la culasse (3) mais il peut être légèrement plus grand, comme par exemple montré sur ce premier mode de réalisation, ou plus petit suivant la géométrie 25 choisie. Les tolérances de réalisation sont importantes dans le procédé et, bien qu'elles puissent varier d'une réalisation à une autre en fonction notamment de la taille de l'ensemble à réaliser et de la viscosité de la colle utilisée, on peut par 30 exemple donner les valeurs suivantes, à titre d'exemple: DC3 = 24mm DA = 22mm DP = 21.7mm DC2 = 21.5mm 35 DC1 = 19.1mm Ainsi, pour des réalisations de pièces de quelques dizaines de millimètres, des différences de diamètre de quelques dixièmes de millimètres sont à considérer. Une tolérance de réalisation des pièces constitutives inférieure au dixième de millimètre est alors à prévoir. Ces tolérances peuvent légèrement évoluer suivant le facteur de forme du rotor (1) réalisé. Lorsque le piston (5) a écrasé le joint adhésif (8) pour venir en contact avec la culasse (3), le joint adhésif (8) s'est déformé pour se répartir dans l'espace entre l'aimant moteur (4) et la culasse (3) et entre l'aimant moteur (4) et le piston (5), comme représenté en figure 6. Cette opération, grâce à un effet piston efficace, permet ainsi de garantir une bonne et aisée répartition d'adhésif permettant de fixer avec fiabilité l'aimant moteur (4) à la culasse (3) et de fixer aussi le piston (5) solidairement à la culasse (3) et l'aimant moteur (4). Les zones pleines symbolisent l'adhésif (8) réparti uniformément. De manière non limitative, afin de favoriser une fixation plus solide du piston (5) relativement à l'aimant moteur (4), un adhésif peut être déposé dans une gorge (12) réalisée entre le piston (5) et l'aimant moteur (4) sur la première extrémité du rotor (1). De même, afin de garantir les performances du moteur, le piston (5) et la culasse (3) seront réalisés dans le même matériau magnétique ou des matériaux ayant des propriétés magnétiques voisines. En dernière étape de réalisation, facultative lorsqu'il n'y a pas utilisation d'un aimant codeur, consiste à venir fixer (par exemple par collage) l'aimant codeur (2) sur une surface de référence (13) orthogonale à l'axe de rotation du rotor (1) et généré par la différence du diamètre DC3 et le -10- diamètre extérieur du nez (10) servant à la fixation de l'axe mécanique (6) à la culasse (3). Ainsi constitué, le rotor supporte, sur la même culasse, les aimants codeurs (2) et moteurs (4), garantissant une 5 indexation parfaite de l'un par rapport à l'autre dans une réalisation compacte et fiable. La figure 8 présente, dans une vue éclatée, tous les éléments cités plus haut, avec une visualisation des 10 différentes polarités magnétiques des aimants codeur (2) et moteur (4), l'alternance de parties sombre et claire sur ces éléments symbolisant une polarité magnétique (Nord ou Sud) différente. 15 Les figures 9a, 9b et 9c présentent un deuxième mode de réalisation. Ici, la surface d'appui (9) est générée par une flasque (14), généralement en matière plastique, supportant un ou des roulements (15) solidaires de l'axe (6). La culasse (3) est alors positionnée centrée sur l'axe (3) en appui sur la 20 flasque (14), l'aimant ensuite positionné en appui sur la flasque (14), puis le joint adhésif (8) est déposé et enfin le piston (5) est amené pour répartir par pression le joint adhésif entre l'aimant moteur (4) et la culasse (3) et le piston (5). Dans ce mode de réalisation, le diamètre DC2 de la 25 culasse (3) est de l'ordre de grandeur du diamètre DP du piston (5). Dans ce second mode de réalisation, l'aimant codeur (2) est installé du côté axial où le piston (5) a été introduit, sur la première extrémité du rotor (1). 30 Les figures 9a, 9b et 9c présentent un troisième mode de réalisation. Comme dans le mode précédent, le rotor (1) est constitué d'une flasque (14) contenant un ou des roulements (15) - non visible ici - et la culasse (3) est formée par un 35 premier (17) et deuxième (18) empilement de tôles ferromagnétiques. Ces empilements (17) et (18) sont efficaces pour diminuer les pertes électromagnétiques dites « pertes fer » du moteur. Dans ce mode de réalisation, le deuxième empilement de tôles (18) sert aussi de piston (5) . Sur la figure 10b, la ligne fictive (16) visualise la séparation des premier (17) et deuxième (18) empilements de tôles. Comme présenté en figure 10c correspondant à une étape de réalisation où l'aimant moteur (4) et le premier empilement de tôles (17) ont été positionné respectivement par un organe d'indexation extérieur et chassé sur l'axe (3). Les flèches, de direction axiale, montre la direction d'assemblage du rotor (1). Cette figure 10c montre l'étape de réalisation qui est suivie par le dépôt du joint adhésif sur l'extrémité inférieure du premier empilement de tôles (17) puis de l'insertion du deuxième empilement de tôles (18) agissant alors comme le piston (5) décrit dans les modes précédents. Toutes les étapes de réalisation ne sont pas montrées mais sont aisément reproductibles et imaginés par le lecteur grâce à la description plus détaillée du premier mode de réalisation. Le terme « rotor » a été utilisé dans le texte parce qu'illustrant des cas d'utilisation de machines électriques tournantes. Bien sûr, l'invention peut de même s'appliquer, 25 sans autre enseignement particulier, à tout type de machines électriques, par exemple celle fournissant un déplacement rotatif ou linéaire, à débattement illimité (moteur) ou limité (actionneur à entrainement direct à aimant mobile), ou bien être appliqué à un capteur de position ou codeur magnétique. 30 Ce terme de rotor » peut donc faire indifféremment référence â n'importe laquelle de ces machines. Par exemple, la figure 11 présente l'invention appliquée à un actionneur à entrainement direct à déplacement linéaire. Cet actionneur est similaire à actionneur tel que décrit 35 dans EP0607354 et présente un premier ensemble formé d'un « -12- stator (20) et 2 bobines électriques, ainsi qu'un deuxième ensemble formé d'un rotor suivant l'invention. Le rotor se déplace relativement au premier ensemble suivant l'axe de translation (19) qui est aussi l'axe de révolution de la géométrie de l'actionneur. On retrouve ainsi la culasse (3), le piston (5) et l'aimant moteur (4). Le joint adhésif, non montré sur cette figure, se répartit ainsi, entre l'aimant moteur (4) et la culasse (3) et entre l'aimant moteur (4) et le piston (5) par écrasement du joint par le piston (5) sur la culasse (3). Dans les différents modes de réalisation montrés, non limitatifs, la hauteur de l'aimant moteur (4), hauteur considérée dans la direction de l'axe de rotation ou de translation, est sensiblement égale à la hauteur cumulée de la culasse (3) et du piston (5), une fois assemblés. REVENDICATIONS1- Organe mobile aimanté, et notamment rotor (1) 5 pour machine électrique sans balai comprenant une culasse (3), un aimant moteur (4), et un piston (5) caractérisé en ce que l'aimant moteur (4) présente un diamètre intérieur DA, la culasse (3) présente un diamètre extérieur DC2, le piston (5) présente un diamètre extérieur DP, tels que DA est supérieur 10 aux diamètres DC2 et DP, et en ce que l'aimant moteur (4) est collé à la culasse (3) et au piston (5) par un joint adhésif réparti entre les diamètres DA et DC2 et entre DA et DP. 2- Organe mobile aimanté selon la revendication 1 15 caractérisé en ce qu'il présente une géométrie de révolution autour de l'axe de rotation ou translation du rotor (1) comprenant un axe mécanique (6) caractérisé en ce que l'aimant moteur (4) présente un diamètre intérieur DA, la culasse (3) présente un diamètre extérieur DC2, le piston (5) présente un 20 diamètre extérieur DP, tels que DA est supérieur aux diamètres DC2 et DP, et en ce que l'aimant moteur (4) est collé à la culasse (3) et au piston (5) par un joint adhésif réparti entre les diamètres DA et DC2 et entre DA et DP. 25 3- Organe mobile aimanté, et notamment rotor (1) suivant la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la culasse (3) présente deux diamètres distincts DC1 et DC2, et en ce que DC2>DC1. 30 4- Organe mobile aimanté, et notamment rotor (1) suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la culasse (3) présente trois diamètres distincts DC1, DC2, DC3, et en ce que DC3>DC2>DC1. 35 5- Organe mobile aimanté, et notamment rotor (1) selon la yrevendication 4 caractérisé en ce que l'aimant moteur-14- (4) est én appui sur la culasse (3) sur une surface (9) définie par la différence des diamètres DC3 et DC2 de la culasse (3). 6- Organe mobile aimanté, et notamment rotor (1) selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'un aimant codeur (2) est collé sur la culasse (3) sur une surface de référence (13) orthogonale à l'axe de rotation ou translation du rotor (1). 7- Organe mobile aimanté, et notamment rotor (1) selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'un aimant codeur (2) est collé sur le piston (5) sur une surface de référence (13) orthogonale à l'axe de rotation ou translation 15 du rotor (1). 8- Organe mobile aimanté, et notamment rotor (1) selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la culasse est fixée sur l'axe (6) en appui sur une flasque (14) 20 supportant au moins un roulement (15) lié à l'axe (3). 9- Procédé de réalisation d'un organe mobile aimanté, et notamment rotor (1) tel que défini dans les revendications précédentes caractérisé par les étapes 25 suivantes : -on fixe l'axe mécanique (6) sur la culasse (3), -on place l'aimant moteur (4) en regard de la culasse, 30 -on place un joint adhésif sur la culasse (3), -on écrase le joint adhésif à l'aide d'un piston (5) permettant à l'adhésif de se répartir entre l'aimant moteur (4) et la culasse (3) et entre l'aimant moteur 35 (4) et le piston (5).- Procédé de réalisation d'un organe mobile aimanté, et notamment rotor (1) comportant un aimant moteur (4) de diamètre intérieur DA, et une culasse (3) de diamètre extérieur DC2, ainsi qu'un piston (5) de diamètre extérieur 5 DP, tels que DA est supérieur aux diamètres DC2 et DP, l'aimant moteur (4) étant collé à la culasse (3) et au piston (5) par un joint adhésif réparti entre les diamètres DA et DC2 et entre DA et DP caractérisé en ce qu'un aimant codeur (2) est fixé sur une surface de référence (13) de la culasse (3) 10 orthogonale à l'axe de rotation ou translation du rotor (1).