Brevet FR3055485A1 — publié le 20180302

ROTOR DE MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE MUNI D'AU MOINS UNE PORTION DEFORMABLE POUR LE REMPLISSAGE D'UNE CAVITÉ L'invention porte sur un rotor de machine électrique tournante muni d'au moins une portion déformable pour le remplissage d'une cavité. De façon connue en soi, les machines électriques tournantes comportent un stator et un rotor solidaire d'un arbre. Le rotor peut être solidaire d'un arbre menant et/ou mené et peut appartenir à une machine électrique tournante sous la forme d'un alternateur, d'un moteur électrique, ou d'une machine réversible pouvant fonctionner dans les deux modes. Le stator est monté dans un carter configuré pour porter à rotation l'arbre par exemple par l'intermédiaire de roulements. Le stator comporte un corps constitué par un empilage de tôles minces formant une couronne, dont la face intérieure est pourvue d'encoches ouvertes vers l'intérieur pour recevoir des enroulements de phase. Dans un bobinage de type ondulé réparti, les enroulements sont obtenus par exemple à partir d'un fil continu recouvert d'émail ou à partir d'éléments conducteurs en forme d'épingles reliées entre elles par soudage. Alternativement, dans un bobinage de type "concentrique", les enroulements de phase sont constitués par des bobines fermées sur elles-mêmes qui sont enroulées autour des dents du stator. Ces enroulements sont des enroulements polyphasés connectés en étoile ou en triangle ou étoile - triangle dont les sorties sont reliées à une électronique de commande. Le système peut être en double triphasé. Par ailleurs, le rotor comporte un corps formé par un empilage de feuilles de tôles maintenues sous forme de paquet au moyen d'un système de fixation adapté, tel que des rivets traversant axialement le rotor de part en part, ou grâce à des agrafes ou des boutons, ou encore par soudure laser ou par collage des feuilles entre elles. Le rotor comporte des pôles formés par des aimants permanents logés dans des cavités ménagées dans le corps de rotor. On connaît des machines électriques tournantes accouplées à un arbre d'un compresseur électrique. Ce compresseur électrique permet de compenser 3055485 2 au moins en partie la perte de puissance des moteurs thermiques de cylindrée réduite utilisés sur de nombreux véhicules automobiles pour en diminuer la consommation et les émissions de particules polluantes (principe dit de "downsizing" an anglais). 5 A cet effet, le turbocompresseur électrique, disposé sur le conduit d'admission en amont ou en aval du moteur thermique, comprend une turbine pour permettre de comprimer l'air afin d'optimiser le remplissage des cylindres du moteur thermique. La machine électrique est activée pour entraîner la turbine afin de minimiser le temps de réponse en couple, 10 notamment lors des phases transitoires à l'accélération, ou en phase de redémarrage automatique du moteur thermique après une mise en veille (fonctionnement "stop and start" en anglais). Compte tenu de la taille réduite de la machine et des performances magnétiques recherchées qui sont très élevées (le compresseur doit pouvoir 15 être entraîné dans un temps inférieur à 500ms jusqu'à 100000 tours/min dans certaines situations de vie), il existe le besoin de réduire au minimum les lames d'air parasites pouvant exister entre les aimants et les faces des cavités. La présente invention vise à répondre à ce besoin en proposant un rotor de 20 machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, comportant: - un corps comportant un paquet de tôles empilées les unes sur les autres, - le paquet de tôles comportant: - une ouverture centrale pour le passage d'un arbre de rotor, 25 - au moins une cavité destinée à recevoir au moins un aimant permanent, caractérisé en ce que le paquet de tôles comporte en outre: - un évidement, et - une paroi séparant la cavité par rapport à l'évidement, 30 - la paroi comportant au moins une portion déformable agencée pour remplir au moins partiellement l'évidement lors de sa déformation. La déformation pourra être de type élastique ou plastique. L'invention permet ainsi de réduire voire de supprimer la lame d'air du fait du remplissage de 3055485 3 l'évidement par la portion déformable lors de l'insertion de l'aimant permanent correspondant. L'invention présente en outre un caractère économique, dans la mesure où la structure du paquet de tôles pourra être aisément modifiée pour former l'évidement et la portion déformable de la 5 paroi séparant la cavité par rapport à l'évidement. Selon une réalisation, ledit rotor comporte au moins un aimant permanent configuré pour déformer la portion déformable lors de son insertion dans la cavité. Selon une réalisation, la cavité s'étend suivant une direction orthoradiale, 10 notamment pour que l'aimant permanent génère un flux magnétique suivant une direction radiale. En variante, la cavité pourra présenter une orientation différente pour des machines à flux axial, radial ou transverse. Selon une réalisation, la portion déformable est un bord d'une tôle du paquet 15 de tôles. Selon une réalisation, la paroi comporte une pluralité de portions déformables suivant un axe dans lequel s'étend le rotor. Dans le cas de tôles identiques, chaque tôle du paquet comporte une portion déformable. 20 Selon une réalisation, la paroi comporte une portion non déformable disposée en retrait radial par rapport à la portion déformable. Selon une réalisation, la portion déformable présente une forme bombée vers l'intérieur de la cavité. Selon une réalisation, lorsque la cavité est dépourvue d'aimant permanent, la 25 plus petite largeur de la cavité est inférieure strictement à une largeur de l'aimant permanent. Selon une réalisation, l'aimant permanent présente une forme parallélépipédique rectangle. 3055485 4 Selon une réalisation, l'aimant permanent comporte une face incurvée de manière à présenter une forme de tuile. Selon une réalisation, la cavité est fermée à sa circonférence externe. Selon une réalisation, l'aimant permanent est enterré. 5 Selon un autre aspect, l'invention a pour objet une machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comporte un rotor tel que précédemment défini et un stator, notamment entourant le rotor. En variante, l'invention est applicable à un rotor entourant le stator, lequel est à dents externes. Un tel stator comporte des dents 10 délimitant des encoches recevant les phases, ces dents s'étendant vers l'extérieur de la culasse du stator. Selon une réalisation, la cavité débouche axialement de part en part dans le paquet de tôles. En variante, la cavité pourra être borgne. Selon une réalisation, l'épaisseur de la portion déformable se situe entre 15 0.1mm et 5mm. Selon une réalisation, le corps de rotor comporte une paroi externe cylindrique continue. Autrement dit, l'entrefer est constant. Alternativement, l'entrefer peut être variable suivant la circonférence du rotor. Le corps pourra comporter des portions planes pour diminuer le bruit acoustique. Ainsi le 20 corps de rotor présente une forme qui n'est pas parfaitement cylindrique avec, en bordure de sa section, des arcs de cercles et des droites successivement. Selon une réalisation, l'aimant présente une forme de tuile complémentaire de celle du corps de rotor. L'aimant est ainsi en contact surfacique avec le 25 corps de rotor. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. 3055485 5 La figure 1 est une vue en coupe d'un turbocompresseur comportant une machine électrique tournante selon la présente invention; La figure 2 montre une vue en perspective du paquet de tôles du rotor de la machine électrique tournante selon la présente invention; 5 Les figures 3a et 3b sont des vues en coupe transversale partielle du rotor illustrant la configuration d'une portion déformable respectivement avant et après insertion d'un aimant à l'intérieur de la cavité correspondante; Les figures 4a et 4b sont des vues en perspective respectivement d'une tôle munie d'une portion déformable et d'une tôle classique démunie d'une telle 10 portion pouvant être utilisées de façon combinée pour former le paquet de tôles selon l'invention. Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. Par ailleurs, dans la description qui suit, les faces d'un élément dites 15 "internes" sont situées du côté de l'axe du rotor et les faces dites "externes" sont situées du côté de l'entrefer de la machine électrique. La figure 1 montre un compresseur électrique 1, comportant une turbine 2 munie d'ailettes 3 apte à aspirer, via une entrée 4, de l'air non-comprimé issu d'une source d'air (non représentée) et à refouler de l'air comprimé via la 20 sortie 5 après passage dans une volute référencée 6. La sortie 5 pourra être reliée à un répartiteur d'admission (non représenté) afin d'optimiser le remplissage des cylindres du moteur thermique. En l'occurrence, l'aspiration de l'air est réalisée suivant une direction axiale, c'est-à-dire suivant l'axe de la turbine 2, et le refoulement est réalisé suivant une direction radiale 25 perpendiculaire à l'axe de la turbine 2. En variante, l'aspiration est radiale tandis que le refoulement est axial. Alternativement, l'aspiration et le refoulement sont réalisés suivant une même direction par rapport à l'axe de la turbine (axiale ou radiale). A cet effet, la turbine 2 est entraînée par une machine électrique 7 montée à 30 l'intérieur du carter 8. Cette machine électrique 7 comporte un stator 9, qui pourra être polyphasé, entourant un rotor 10 avec présence d'un entrefer. Ce 3055485 6 stator 9 est monté dans le carter 8 configuré pour porter à rotation un arbre 11 par l'intermédiaire de roulements 14. L'arbre 11 est lié en rotation avec la turbine 2 ainsi qu'avec le rotor 10. Le stator 9 est de préférence monté dans le carter 8 par frettage. 5 La machine électrique 7 présente un temps de réponse court compris entre 100 ms et 600 ms, notamment compris entre 200 ms et 400 ms, par exemple étant de l'ordre de 250 ms pour passer de 5000 à 100000 tours/min. De préférence, la tension d'utilisation est de 12 V ou 48 V et un courant en régime permanent est de l'ordre de 150 A à 260A. De préférence, la machine 10 électrique 7 est apte à fournir un pic de courant, c'est-à-dire un courant délivré sur une durée continue inférieure à 3 secondes, compris entre 150 A et 800A, notamment entre 180 A et 220 A. En variante, la machine électrique 7 est apte à fonctionner en mode alternateur, ou est une machine électrique de type réversible. 15 Plus précisément, le stator 9 comporte un corps 91 constitué par un empilage de tôles minces formant une couronne, dont la face intérieure est pourvue d'encoches ouvertes vers l'intérieur pour recevoir des enroulements de phase d'un bobinage 92. Dans un bobinage de type ondulé, les enroulements sont obtenus par exemple à partir d'un fil continu recouvert 20 d'émail ou à partir d'éléments conducteurs en forme d'épingles en forme de U dont les extrémités libres sont reliées entre elles par soudage. Alternativement, dans un bobinage de type "concentrique", les enroulements de phase sont constitués par des bobines fermées sur elles-mêmes qui sont enroulées autour des dents du stator 9. La protection entre le corps de rotor 25 et le fil de bobinage est assurée soit par un isolant de type papier, soit par du plastique par surmoulage ou au moyen d'une pièce rapportée. Ces enroulements sont des enroulements polyphasés connectés en étoile ou en triangle dont les sorties sont reliées à une électronique de commande. Par ailleurs, le rotor 10 d'axe de rotation X montré en détails sur la figure 2 30 est à aimants permanents. Le corps de rotor 15 comporte un paquet de tôles 16 formé par un empilement axial de tôles 19 les unes sur les autres. Chaque tôle 19 s'étend dans un plan radial perpendiculaire à l'axe X. Ce corps de rotor 15 est réalisé en matière ferromagnétique. Les tôles 19 sont 3055485 7 maintenues par des moyens de fixation, par exemple des rivets 22, traversant axialement de part en part l'empilement des tôles 19. Le corps de rotor 15 peut être lié en rotation à l'arbre 11 de différentes manières, par exemple par emmanchement en force de l'arbre 11 cannelé à 5 l'intérieur de l'ouverture centrale 23 du paquet de tôles 16 ou à l'aide d'un dispositif à clavette. Le corps de rotor 15 présente une périphérie interne délimitant l'ouverture centrale 23 ayant un diamètre interne Dl par exemple de l'ordre de lOmm, et une périphérie externe ayant un diamètre externe D2 compris entre 20 mm et 10 50 mm, notamment compris entre 24mm et 34mm, et de préférence de l'ordre de 28mm. Par ailleurs, un diamètre externe du stator 9 est compris entre 35mm et 80mm, notamment entre 45mm et 55mm, par exemple entre 48mm et 52mm. Le rotor 10 comporte une pluralité de cavités 26 destinées à recevoir 15 chacune au moins un aimant permanent 27. Chaque cavité 26 traverse axialement le paquet de tôles 16 de part en part. Les cavités 26 s'étendent de préférence suivant une direction orthoradiale. Chaque cavité 26 est fermée à sa circonférence externe. La fermeture des cavités 26 du côté de leur périphérie externe est obtenue par le fait que le corps comporte une 20 paroi externe cylindrique continue. Une telle configuration de rotor est dite à aimant permanents enterrés, dans la mesure où les aimants sont enfermés par quatre de leurs faces par une cavité 26 correspondante, les deux faces axiales de l'aimant 27 étant enfermées par des flasques rapportés de la machine fixés sur les extrémités du paquet de tôles 16. 25 Dans le cas présent, les aimants permanents 27 ont une forme de parallélépipède rectangle dont les angles pourront être biseautés. Les aimants 27 sont à aimantation radiale, c'est-à-dire que les deux faces parallèles l'une par rapport à l'autre ayant une orientation orthoradiale sont magnétisées de manière à pouvoir générer un flux magnétique suivant une 30 orientation radiale par rapport à l'axe X. 3055485 8 Comme cela est bien visible sur la figure 2 où les lettres N et S correspondent respectivement aux pôles Nord et Sud, les aimants 27 situés dans deux cavités 26 consécutives sont de polarités alternées. Les aimants 27 sont de préférence réalisés en terre rare afin de maximiser la 5 puissance magnétique de la machine 7. En variante, ils pourront toutefois être réalisés en ferrite selon les applications et la puissance recherchée de la machine électrique 7. Le nombre de cavités 26 est de préférence égal à quatre. Il est toutefois possible d'augmenter le nombre de cavités 26 et d'aimants 27 en fonction de l'application. Ainsi, il est possible d'utiliser un 10 aimant 27 unique à l'intérieur de chaque cavité 26, ou plusieurs aimants 27 empilés l'un sur l'autre à l'intérieur d'une même cavité 26, notamment deux aimants empilés. Le paquet de tôles 16 comporte en outre des évidements 30 associés chacun à une cavité 26. Chaque cavité 26 est séparée de l'évidement 30 par 15 une paroi 31 comportant au moins une portion déformable 32. Comme cela est illustré par la figure 3a, la portion déformable 32 présente une forme bombée vers l'intérieur de la cavité 26. Il est à noter que lorsque la cavité 26 est dépourvue d'aimant 27 permanent, la plus petite largeur L1 de la cavité 26 est inférieure strictement à la largeur L2 de l'aimant 27. Ces 20 largeurs L1, L2 sont mesurées suivant une direction radiale par rapport à l'axe X. Ainsi, comme cela est illustré par la figure 3b, suite à l'insertion d'un aimant 27 à l'intérieur d'une cavité 26, la portion déformable 32 est déformée par l'aimant 27 de manière à remplir au moins partiellement l'évidement 30. Cela 25 permet de réduire voire de supprimer la lame d'air présente dans l'évidement 30. En outre, la portion déformable 32 exerce par réaction un effort sur l'aimant 27 pour assurer son maintien à l'intérieur de la cavité 26 correspondante. Dans exemple de réalisation, l'épaisseur L3 de la portion déformable 32 se 30 situe entre 0.1mm et 5mm. 3055485 9 Par ailleurs, il existe deux espaces 35 de part et d'autre de l'aimant 27 suivant une direction orthoradiale. Ces espaces 35 sont délimités par des faces d'extrémités orthoradiales des aimants 27 et les faces de la cavité 26 en vis-à-vis. Ces espaces 35 sont destinés à recevoir des éléments de 5 maintien 38 des aimants 27, tels que des ressorts. Comme on peut le voir sur les figures 4a et 4b, chaque feuille de tôle 19 de forme globalement annulaire comporte une ouverture centrale 23 et une pluralité de trous 41 formant une portion axiale des cavités 26. Chaque tôle 19 comporte également des creusures 42 correspondant à une portion axiale 10 des évidements 30 du paquet de tôles 16. Les trous 41 sont séparés des creusures 42 par un bord 43 de faible épaisseur. L'empilement axial des bords 43 de la feuille de tôle 19 forme la paroi 31 du paquet. Suivant un premier mode de réalisation, toutes les tôles 19 comportent un bord 43 bombé constituant une portion déformable 32. Ainsi, la paroi 31 15 comporte une pluralité de portions déformables 32 suivant l'axe X dans lequel s'étend le rotor 10. Suivant un autre mode de réalisation, une tôle 19 sur K (K étant un nombre entier) comporte un bord 43 bombé déformable, les autres tôles 19 étant dépourvue de creusure 42 et comportant une portion 44 non déformable 20 délimitant le trou 41, tel que montré sur la figure 4b. La portion 44 non déformable est disposée en retrait radial par rapport à la portion déformable 32, c'est-à-dire que le bord 43 non déformable est plus près de l'ouverture centrale 23 que la portion déformable 32. Autrement dit, le paquet de tôle 16 est formé à partir de deux types de tôles 19 dont l'empilement peut être 25 alterné. Les faces interne 271 et externe 272 de chaque aimant 27 sont en l'occurrence planes, comme les autres faces de chaque aimant 27. Alternativement, la face interne 271 et/ou la face externe 272 sont incurvées (cf. traits pointillés sur la figure 3b), en sorte que chaque aimant 27 présente 30 globalement une forme de tuile. Les cavités 26 du rotor 10 pourront présenter une forme complémentaire de celle des aimants 27 pour garantir un contact surfacique entre les aimants 27 et le corps de rotor 15. Une telle 3055485 10 configuration permet d'améliorer le maintien de l'aimant 27 à l'intérieur d'une cavité 26. Le corps de rotor 15 pourra également comporter deux flasques de maintien (non représentées) plaqués de part et d'autre du rotor 10 sur ses faces 5 d'extrémité axiale. Ces flasques de maintien assurent une retenue axiale des aimants 27 à l'intérieur des cavités 26 et servent également à équilibrer le rotor. Les flasques sont en matière amagnétique, par exemple en aluminium ou très peu magnétique tel que l'inox. Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple 10 uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents. En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas 15 incompatibles ou exclusives les unes des autres. REVENDICATIONS1. Rotor (10) de machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, comportant: - un corps (15) comportant un paquet de tôles (16) empilées les unes sur les autres, - le paquet de tôles (16) comportant: - une ouverture centrale (23) pour le passage d'un arbre de rotor, - au moins une cavité (26) destinée à recevoir au moins un aimant permanent (27), caractérisé en ce que le paquet de tôles (16) comporte en outre: - un évidement (30), et - une paroi (31) séparant la cavité (26) par rapport à l'évidement, - la paroi (31) comportant au moins une portion déformable (32) agencée pour remplir au moins partiellement l'évidement (30) lors de sa déformation. 2. Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un aimant permanent (27) configuré pour déformer la portion déformable (32) lors de son insertion dans la cavité (26). 3. Rotor selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la cavité (26) s'étend suivant une direction orthoradiale, notamment pour que l'aimant permanent (27) génère un flux magnétique suivant une direction radiale. 4. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la portion déformable (32) est un bord d'une tôle (19) du paquet de tôles (16). 5. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la paroi (31) comporte une pluralité de portions déformables (32) suivant un axe (X) dans lequel s'étend le rotor (10). 6. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la paroi (31) comporte une portion (44) non déformable disposée 3055485 12 en retrait radial par rapport à la portion déformable (32). 7. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la portion déformable (32) présente une forme bombée vers l'intérieur de la cavité (26). 5 8. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lorsque la cavité (26) est dépourvue d'aimant permanent (27), la plus petite largeur (L1) de la cavité (26) est inférieure strictement à une largeur (L2) de l'aimant permanent (27). 9. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé 10 en ce que l'aimant permanent (27) présente une forme parallélépipédique rectangle. 10. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'aimant permanent (27) comporte une face (271, 272) incurvée de manière à présenter une forme de tuile. 15 11. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la cavité (26) est fermée à sa circonférence externe. 12. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'aimant permanent (27) est enterré. 13. Machine électrique tournante, notamment pour véhicule 20 automobile, caractérisée en ce qu'elle comporte un rotor (10) tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes et un stator, notamment entourant le rotor (10).