Brevet FR3055484A1 — publié le 20180302

ROTOR DE MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE MUNI D'AU MOINS UNE PORTION INCURVÉE DE RECEPTION D'UN RESSORT L'invention porte sur un rotor de machine électrique tournante muni d'au moins une portion incurvée de réception d'un ressort. 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 dont les sorties sont reliées à une électronique de commande. 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 30 compresseur électrique. Ce compresseur électrique permet de compenser au moins en partie la perte de puissance des moteurs thermiques de 3055484 2 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). A cet effet, le turbocompresseur électrique, disposé sur le conduit 5 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, notamment lors des phases transitoires à l'accélération, ou en phase de 10 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 être entraîné dans un temps inférieur à 500ms jusqu'à 100000 tours/min 15 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 machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, 20 comportant: - un corps comportant un paquet de tôles empilées les unes sur les autres, - ledit paquet de tôles comportant : - une ouverture centrale pour le passage d'un arbre de rotor, - au moins un aimant permanent, 25 - au moins une cavité destinée à recevoir l'aimant permanent et délimitée par une face interne, - au moins un ressort monté comprimé entre l'aimant et la face interne de la cavité, - une lame d'air parasite entre l'aimant et la face interne de la cavité, 30 caractérisé en ce que - l'aimant permanent comporte au moins une portion incurvée agencée pour venir en contact surfacique avec le ressort, et en ce que - le ressort est réalisé en matériau magnétique. 3055484 3 L'invention permet ainsi de diminuer l'effet parasite de la lame d'air du fait de la présence du ressort réalisé en matériau magnétique qui comble en partie la lame d'air. L'invention permet également d'assurer un maintien de l'aimant permanent suivant une direction radiale et orthoradiale. L'invention présente 5 en outre un caractère économique, dans la mesure où la configuration de l'aimant pourra être aisément modifiée pour former la portion incurvée de réception du ressort. Selon une réalisation, le ressort est choisi notamment parmi un des types suivants: un ressort notamment en spirale ou en forme de V, une goupille 10 élastique notamment en forme d'anneau fendu, une lame ressort incurvée. Selon une réalisation, le ressort est issu de matière avec le paquet de tôles. Selon une réalisation, l'aimant permanent comporte une pluralité de portions incurvées. Selon une réalisation, la portion incurvée est une rainure axiale de section 15 semi-circulaire. En variante, les rainures pourront présenter une section arrondie de type ovale ou une forme en créneau, parallélépipédique. Selon une réalisation, la face interne de la cavité comporte au moins une portion incurvée ayant une forme correspondante à celle de la portion incurvée de l'aimant permanent pour recevoir le ressort. 20 Selon une réalisation, l'aimant permanent présente une forme parallélépipédique rectangle. Selon une réalisation, l'aimant permanent présente une forme de tuile. Selon une réalisation, la cavité est fermée à sa circonférence externe. Selon une réalisation, l'aimant permanent est enterré. 25 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 entourant le rotor. En variante, l'invention est applicable à un rotor entourant le stator, lequel étant à dents externes. Un tel stator comporte des dents délimitant des 3055484 4 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. 5 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 corps de rotor présente une forme qui n'est pas parfaitement cylindrique 10 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 corps de rotor. 15 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. La figure 1 est une vue en coupe d'un turbocompresseur comportant une machine électrique tournante selon la présente invention; 20 La figure 2 montre une vue en perspective du rotor de la machine électrique tournante selon la présente invention; La figure 3 est une vue de dessus du rotor de la machine électrique tournante selon la présente invention; La figure 4 est une vue en coupe longitudinale du rotor selon l'invention 25 suivant l'axe A-A de la figure 3; Les figures 5a à 5d sont des vues en perspective illustrant des variantes de réalisation des ressorts utilisés à l'intérieur du rotor selon l'invention. Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. 3055484 5 Par ailleurs, dans la description qui suit, les faces dites "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 5 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 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 10 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 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 15 la turbine (axiale ou radiale). A cet effet, la turbine 2 est entraînée par une machine électrique 7 montée à 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 stator 9 est monté dans le carter 8 configuré pour porter à rotation un arbre 20 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. 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 25 étant de l'ordre de 250 ms pour passer de 5000 à 70000 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. De préférence, la machine 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 300 A, 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. 3055484 6 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 réparti, les 5 enroulements sont obtenus par exemple à partir d'un fil continu recouvert 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 10 enroulées autour des dents du stator 9. La protection entre le paquet de tôles 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. 15 Par ailleurs, le rotor 10 d'axe de rotation X montré en détails sur la figure 2 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 20 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 l'intérieur de l'ouverture centrale 23 du paquet de tôles 16 ou à l'aide d'un 25 dispositif à clavette. Le corps de rotor 15 présente une périphérie interne délimitant l'ouverture cylindrique centrale 23 ayant un diamètre interne D1 par exemple de l'ordre de 10mm, et une périphérie externe ayant un diamètre externe D2 compris entre 20 mm et 50 mm, notamment compris entre 24mm et 34mm, et de 30 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. 3055484 7 Le rotor 10 comporte une pluralité de cavités 26 destinées à recevoir chacune au moins un aimant permanent 27. 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- 5 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 orientation radiale par rapport à l'axe X. 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 qui 10 sont situés dans deux cavités 26 consécutives sont de polarités alternées. Les aimants 27 sont de préférence réalisés en terre rare afin de maximiser la 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 15 quatre. Il est toutefois possible d'augmenter le nombre de cavités 26 et d'aimants 27 en fonction de l'application. Comme on peut le voir sur la figure 3, deux aimants permanents 27 empilés axialement sont de préférence insérés à l'intérieur de chaque cavité 26. En variante, on pourra utiliser un aimant 27 permanent unique ou plus de deux aimants 27 à l'intérieur de 20 chaque cavité 26. 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 la paroi externe 25 cylindrique continue du corps 15. Une telle configuration de rotor 10 est dite à aimants permanents 27 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. 30 Deux ressorts 30 réalisés en matériau magnétique sont montés comprimés entre l'aimant 27 et la face interne de la cavité 26 correspondante. Les ressorts 30 s'étendent ainsi à l'intérieur de la lame d'air 33 parasite existant entre la face interne 271 de l'aimant 27 et la face interne de la cavité 26. 3055484 8 L'aimant 27 comporte deux portions incurvées 36 agencées pour venir chacune en contact surfacique avec le ressort 30 correspondant. Le ressort 30 est constitué en l'occurrence par un ressort de type spiralé présentant une forme globalement cylindrique s'étendant suivant sensiblement toute la 5 longueur axiale du paquet de tôles 16. Chaque portion incurvée 36 est constituée par une rainure axiale de section semi-circulaire. Chaque face interne de la cavité 26 comporte au moine une portion incurvée 37 ayant une forme correspondante à celle de la portion incurvée 36 de l'aimant 27 pour recevoir le ressort 30. La face interne de la cavité 26 10 comporte ainsi une portion incurvée 37 constituée par une rainure axiale de section semi-circulaire. Autrement dit, les portions 36 et 37 présentent toutes deux des formes arrondies sensiblement semi-circulaires et ouvertes l'une vers l'autre pour recevoir un ressort 30 positionné entre ces portions 36 et 37. Les portions 36 15 et 37 s'étendent ainsi circonférentiellement sur la quasi-totalité de la périphérie externe du ressort 30 correspondant. Les portions 36 et 37 forment des décrochements s'étendant entre deux portions planes de la face de l'aimant 27 ou de la cavité 26 correspondante, c'est-à-dire que les faces dans lesquelles sont ménagées les portions 36, et 20 37 sont planes sauf dans la zone où sont réalisées ces portions 36 et 37. Les ressorts 30 sont en l'occurrence des ressorts rapportés mais pourraient en variante être issus de matière avec le paquet de tôles 16. Alternativement, dans le mode de réalisation de la figure 5a, le ressort 30 est constitué par une goupille élastique. La goupille élastique présente une 25 forme annulaire allongée s'étendant sensiblement suivant toute la hauteur axiale du paquet de tôles 16. La goupille est munie d'une fente longitudinale 40 traversant une paroi annulaire de part en part pour lui conférer son élasticité. La goupille présente ainsi une section en forme d'anneau fendu. Dans le mode de réalisation de la figure 5b, le ressort 30 est constitué par 30 une lame ressort incurvée. La lame ressort pourra comporter en périphérie des pattes de maintien 43. Les pattes de maintien 43 sont repliées de 3055484 9 manière à venir en appui respectivement contre une face de l'aimant 27 et contre une face d'extrémité du paquet de tôles 16. Dans le mode de réalisation de la figure 5c, le ressort 30 comporte une portion arrondie centrale 46, et deux portions arrondies d'extrémité 47 5 situées de part et d'autre de la portion centrale 46. La portion centrale 46 et les portions d'extrémité 47 présentent des courbures inversées. Le ressort 30 pourra comporter une extrémité chanfreinée 48 pour faciliter son insertion à l'intérieur de l'espace entre l'aimant 47 et la face de la cavité 26. Une rainure 49 pourra être prévue pour diminuer la raideur du ressort. 10 Dans le mode de réalisation de la figure 5d, le ressort 30 comporte deux parties 52 en forme de plaque rectangulaire reliées entre elles par un de leur bord d'extrémité commun et inclinées l'une par rapport à l'autre de manière à présente une forme de V. Du côté de leur extrémité libre, les parties 52 comportent un rebord 53 destiné à venir en appui contre une face d'extrémité 15 du paquet de tôles 16. La forme des sections des potions 36, 37 pourra être adaptée en fonction de la forme du ressort 30 sélectionné. Ainsi, en variante, les portions 36, 37 pourront présenter une section arrondie de type ovale ou une forme en créneau, parallélépipédique. 20 On pourra se référer au document FR15/54136 pour plus de détails sur la configuration des différents ressorts 30 précités. En variante, on utilise un seul ou plus de deux ressorts 30 par cavité 26. Le nombre de portions incurvées 36 ménagées dans l'aimant 27 et/ou la face interne du paquet de tôles 16 est alors adapté en conséquence. 25 Par ailleurs, il existe deux espaces 56 de part et d'autre de l'aimant 27 suivant une direction orthoradiale, tel que montré sur la figure 3. Ces espaces 56 sont délimitées par des faces d'extrémités orthoradiales des aimants 27 et les faces de la cavité 26 en vis-à-vis. Ces espaces 56 pourront être laissés vides. Alternativement, des éléments de maintien 57 des aimants 30 27 pourront être insérés à l'intérieur de ces espaces 56. 3055484 10 Les faces interne 271 et externe 272 de chaque aimant 27 sont en l'occurrence planes. Alternativement, la face interne 271 et/ou la face externe 272 sont incurvées (cf. traits pointillés sur la figure 3), en sorte que chaque aimant 27 présente globalement une forme de tuile. Le paquet de tôles 16 5 pourra présenter une forme de tuile complémentaire de celle de l'aimant 27 qui pourra être en contact surfacique avec le corps de rotor 15. Une telle configuration permet d'améliorer le maintien de l'aimant 27 à l'intérieur d'une cavité 26. Le rotor 10 pourra également comporter deux flasques de maintien 60 10 plaqués de part et d'autre les faces d'extrémité axiale du paquet de tôles 16. Ces flasques de maintien 60 assurent une retenue axiale des aimants 27 à l'intérieur des cavités 26 et servent également à équilibrer le rotor 10. Les flasques 60 sont en matière amagnétique, par exemple en aluminium. Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple 15 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 20 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, - ledit paquet de tôles (16) comportant : - une ouverture centrale (23) pour le passage d'un arbre de rotor, - au moins un aimant permanent (27), - au moins une cavité (26) destinée à recevoir l'aimant permanent (27) et délimitée par une face interne, - au moins un ressort (30) monté comprimé entre l'aimant (27) et la face interne de la cavité (26), - une lame d'air (33) parasite entre l'aimant (27) et la face interne de la cavité (26), caractérisé en ce que - l'aimant permanent (27) comporte au moins une portion incurvée (36) agencée pour venir en contact surfacique avec le ressort (30), et en ce que - le ressort (30) est réalisé en matériau magnétique. 2. Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ressort (30) est choisi notamment parmi un des types suivants: un ressort notamment en spirale ou en forme de V, une goupille élastique notamment en forme d'anneau fendu, une lame ressort incurvée. 3. Rotor selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le ressort (30) est issu de matière avec le paquet de tôles (16). 4. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'aimant permanent (27) comporte une pluralité de portions incurvées (36). 5. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la portion incurvée (36) est une rainure axiale de section semi- 3055484 12 circulaire. 6. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la face interne de la cavité (26) comporte au moins une portion incurvée (37) ayant une forme correspondante à celle de la portion incurvée 5 (36) de l'aimant permanent (27) pour recevoir le ressort (30). 7. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'aimant permanent (27) présente une forme parallélépipédique rectangle. 8. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé 10 en ce que l'aimant permanent (27) présente une forme de tuile. 9. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la cavité (26) est fermée à sa circonférence externe. 10. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'aimant permanent (27) est enterré. 15 11. Machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comporte un rotor (10) tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes.