Brevet FR3055483A1 — publié le 20180302

ROTOR DE MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE MUNI D'AU MOINS UNE LANGUETTE DEFORMABLE POUR LE REMPLISSAGE D'UNE LAME D'AIR PARASITE L'invention porte sur un rotor de machine électrique tournante muni d'au moins une languette déformable pour le remplissage d'une lame d'air parasite. 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 encore en 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. 3055483 2 On connaît des machines électriques tournantes accouplées à un arbre d'un compresseur électrique. Ce compresseur électrique permet de compenser au moins en partie la perte de puissance des moteurs thermiques de cylindrée réduite utilisés sur de nombreux véhicules automobiles pour en 5 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 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 io 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 redémarrage automatique du moteur thermique après une mise en veille (fonctionnement "stop and start" en anglais). 15 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 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 20 cavités. La présente invention vise à répondre à ce besoin en proposant un rotor de machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, comportant: - un corps comportant un paquet de tôles empilées les unes sur les autres, le 25 paquet de tôles comportant: - une ouverture centrale pour le passage d'un arbre de rotor, - au moins une cavité destinée à recevoir au moins un aimant permanent, caractérisé en ce que 30 - la cavité est délimitée par une face comportant au moins une languette faisant saillie dans la cavité, - la languette étant déformable de façon à remplir une lame d'air entre un aimant et la face de la cavité. 3055483 3 L'invention permet ainsi de réduire, voire de supprimer, la lame d'air du fait de son remplissage par une ou plusieurs languettes déformables lors de l'insertion d'un aimant correspondant. L'invention présente en outre un caractère économique, dans la mesure où la structure du paquet de tôles 5 pourra être aisément modifiée pour former la ou les languettes déformables. Selon une réalisation, le rotor comporte au moins un aimant permanent positionné à l'intérieur de la cavité. Selon une réalisation, la languette est agencée pour se déformer sous l'effort de l'insertion de l'aimant à l'intérieur de la cavité. 10 Selon une réalisation, la languette est réalisée en matériau ferromagnétique. Selon une réalisation, la languette est issue de matière avec le corps de rotor. Selon une réalisation, ladite face de la cavité comporte une pluralité de languettes réparties suivant un axe le long duquel s'étend le corps de rotor. 15 Selon une réalisation, le rotor comporte au moins trois languettes par cavité suivant l'axe. Selon une réalisation, l'aimant permanent comporte une première face plaquée contre la face de la cavité et une deuxième face délimitant la lame d'air parasite dans la cavité, les languettes étant réparties de manière à venir 20 en contact avec la deuxième face de l'aimant permanent. Selon une réalisation, les languettes sont disposées suivant une zone correspondant à au moins 50% de la surface de la deuxième face de l'aimant permanent, notamment 80% de la surface de la deuxième face de l'aimant permanent. 25 Selon une réalisation, la face de la cavité comporte en outre au moins une creusure pour la réception d'une extrémité de la languette lorsque la languette est déformée par un aimant permanent. 3055483 4 Selon une réalisation, une tôle du paquet de tôles comporte au moins une ouverture formant une partie de la cavité et comportant un premier bord muni d'une pluralité de languettes. Selon un mode de réalisation, l'ouverture comporte un deuxième bord muni 5 d'au moins une languette pour le maintien de l'aimant dans une direction orthoradiale. La languette s'étend suivant une direction perpendiculaire à la direction d'extension des languettes du premier bord vers l'intérieur de la cavité. Selon une réalisation, une tôle du paquet comporte une pluralité 10 d'ouvertures, chaque ouverture comportant un premier bord muni d'une pluralité de languettes. Selon une réalisation, le paquet de tôles est formé à partir d'au moins une série d'un premier type de tôles comportant des languettes ménagées dans un bord des ouvertures et d'un deuxième type de tôles dépourvu de 15 languette. L'invention a également pour objet une machine électrique tournante caractérisée en ce qu'elle comporte un rotor tel que précédemment défini. La machine comporte également un stator, notamment entourant le rotor. En variante, l'invention est applicable à un rotor entourant le stator, lequel est à 20 dents externes. Un tel stator comporte des dents 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. 25 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 30 avec, en bordure de sa section, des arcs de cercles et des droites successivement. 3055483 5 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. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à 5 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; La figure 2 montre une vue en perspective d'un premier mode de réalisation 10 du paquet de tôles du rotor de la machine électrique tournante selon l'invention; La figure 3 montre une vue en perspective d'un deuxième mode de réalisation du paquet de tôles du rotor de la machine électrique tournante selon l'invention; 15 La figure 4a est une vue en coupe longitudinale du rotor illustrant la déformation des languettes après l'insertion d'un aimant à l'intérieur d'une cavité correspondante; La figure 4b est une vue en coupe longitudinale partielle illustrant un mode de réalisation dans lequel des creusures reçoivent les extrémités libres 20 déformées des languettes; Les figures 5a et 5b sont des vues en perspective respectivement d'un premier et d'un deuxième types de tôles utilisés de façon combinée pour former le paquet de tôles selon l'invention. Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même 25 référence d'une figure à l'autre. 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. 3055483 6 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 sortie 5 après passage dans une volute référencée 6. La sortie 5 pourra être 5 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 perpendiculaire à l'axe de la turbine 2. En variante, l'aspiration est radiale 10 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 l'intérieur du carter 8. Cette machine électrique 7 comporte un stator 9, qui 15 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 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. 20 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 jusqu'à 260A. De préférence, la 25 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 800 A, notamment entre 180 A et 220 A. En variante, la machine électrique est apte à fonctionner en mode alternateur, ou est une machine électrique de type réversible. 30 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 3055483 7 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 5 de phase sont constitués par des bobines fermées sur elles-mêmes qui sont 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 10 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 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 15 corps de rotor 15 est réalisé en matière ferromagnétique. Les tôles 19 sont maintenues par des moyens de fixation, par exemple des rivets 22, traversant axialement de part en part le paquet de tôles 16. 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 20 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 cylindrique centrale 23 ayant un diamètre interne Dl par exemple de l'ordre de 10mm, et une périphérie externe ayant un diamètre externe D2 compris 25 entre 20 mm et 50 mm, notamment compris entre 24mm et 34mm, et de préférence de l'ordre de 28mm. Par ailleurs, un diamètre externe du stator 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 30 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-dire que les deux faces parallèles l'une par rapport à l'autre ayant une 3055483 8 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 5 seront situés dans deux cavités 26 consécutives sont de polarités alternées. En variante, les cavités 26 et les aimants 27 pourront présenter une orientation différente pour des machines à flux axial, radial ou 3D (transverse). Les aimants 27 sont de préférence réalisés en terre rare afin de maximiser la 10 puissance magnétique de la machine. En variante, ils pourront toutefois être réalisés en ferrite selon les applications et la puissance recherchée de la machine électrique. 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. Par ailleurs, un aimant permanent 15 27 unique est de préférence inséré à l'intérieur de chaque cavité 26. En variante, on pourra utiliser plusieurs aimants 27 empilés l'un sur l'autre à l'intérieur d'une même 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. 20 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 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 25 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. En outre, la face interne de la cavité 26 comporte une pluralité de languettes 30 faisant saillie dans la cavité 26. Les languettes 30 sont réalisées en 30 matériau ferromagnétique. Avantageusement, les languettes 30 sont issues de matière avec le corps de rotor 15. Il est à noter que lorsque la cavité 26 est dépourvue d'aimant permanent 27, la dimension radiale mesurée entre l'extrémité libre des languettes 30 et la face externe de la cavité 26 est 3055483 9 inférieure strictement à la largeur de l'aimant 27. Une hauteur des languettes 30 pourra par exemple être supérieure ou égale à 0.1mm. Comme cela est illustré par la figure 4a, les languettes 30 sont déformées sous l'effort de l'insertion de l'aimant 27 à l'intérieur de la cavité 26, de façon 5 à remplir la lame d'air s'étendant entre la face interne de l'aimant 27 et la face interne de la cavité 26. Suivant un exemple de réalisation, le corps de rotor 15 comporte au moins une colonne 31 de languettes 30 s'étendant suivant l'axe du paquet de tôles 16 sensiblement sur toute la hauteur du paquet de tôles 16. Dans la colonne 10 31, les languettes 30 sont espacées axialement entre elles de façon régulière. En l'occurrence, le paquet de tôles 16 comporte trois colonnes 31 de languettes 30 espacées entre elles suivant une direction orthoradiale. Le nombre de colonnes 31 pourra bien entendu être adapté en fonction de 15 l'application. Chaque colonne 31 comporte de préférence au moins trois languettes 30 suivant l'axe X, deux languettes 30 dans les parties extrêmes du paquet de tôles 16 et une languette 30 dans la partie intermédiaire. Par ailleurs, la largeur des languettes 30 mesurée suivant une direction orthoradiale pourra être adaptée en fonction de la configuration du rotor. 20 Ainsi, la largeur des languettes 30 du mode de réalisation de la figure 3 est plus grande que celle des languettes 30 du mode de réalisation de la figure 2. Les languettes 30 sont réparties de manière à venir en contact avec la face interne 271 de l'aimant 27. Dans un exemple particulier de réalisation, les 25 languettes 30 sont disposées suivant une zone correspondant à au moins 50% de la surface de la face interne de l'aimant 27, notamment 80% de la surface de la face interne de l'aimant 27. Comme cela est illustré par la figure 4b, la face interne de la cavité 26 comporte en outre une pluralité de creusures 34 pour la réception des 30 extrémités libres des languettes 30 lorsque les languettes 30 sont déformées par un aimant 27 correspondant. 3055483 10 Par ailleurs, il existe deux espaces 35 de part et d'autre de l'aimant 27 suivant une direction orthoradiale, tel que montré sur la figure 2. 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 5 destinés à recevoir des éléments de maintien 38 des aimants 27, tels que des ressorts. Comme on peut le voir sur la figure 5a, un premier type de tôle 19 du paquet de forme globalement annulaire comporte une ouverture centrale 23 et une pluralité d'ouvertures 41 formant une partie axiale des cavités 26. Chaque 10 ouverture 41 est délimitée par un bord muni d'une pluralité de languettes 30 dirigées radialement vers l'intérieur de la cavité 26. L'ouverture 41 comporte un deuxième bord qui pourra être muni également d'au moins une languette 30' pour le maintien de l'aimant 27 dans une direction orthoradiale. La languette 30' s'étend suivant une direction 15 perpendiculaire à la direction d'extension des languettes 30 vers l'intérieur de la cavité 26. Un deuxième type de tôle 19 montré sur la figure 5b, présente une forme analogue à celle de la figure 5a, sauf que le bord interne délimitant l'ouverture 41 est dépourvu de languette 30. 20 Afin de former le paquet de tôles 16, on réalise en alternance un premier empilement de tôles 19 du premier type puis un deuxième empilement de tôles 19 du deuxième type et ainsi de suite jusqu'à l'obtention du paquet 16. En adaptant la largeur des languettes 30, il est possible de passer du mode de réalisation de la figure 2 à celui de la figure 3. 25 En variante, les languettes 30 pourront bien entendu être ménagées dans la face externe des cavités 26. Les faces internes et externes de chaque aimant 27 ainsi que les autres faces de chaque aimant 27 sont en l'occurrence planes. Alternativement, la face interne 271 et/ou la face externe 271 sont incurvées (cf. traits pointillés 30 sur la figure 5b), en sorte que chaque aimant 27 présente globalement une forme de tuile. Les cavités 26 du rotor 10 pourront présenter une forme 3055483 11 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 correspondante. Le corps de rotor 15 pourra également comporter deux flasques de maintien 5 45 plaqués de part et d'autre du rotor sur ses faces d'extrémité axiale, tel que montré sur la figure 4a. Ces flasques de maintien 45 assurent une retenue axiale des aimants 27 à l'intérieur des cavités 26 et servent également à équilibrer le rotor 10. Les flasques 45 sont en matière amagnétique, par exemple en aluminium. 10 Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple 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 15 autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas 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 - la cavité (26) est délimitée par une face comportant au moins une languette (30) faisant saillie dans la cavité (26), - la languette (30) étant déformable de façon à remplir une lame d'air entre un aimant (27) et la face de la cavité (26). 2. Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor comporte au moins un aimant permanent (27) positionné à l'intérieur de la cavité (26). 3. Rotor selon la revendication 2, caractérisé en ce que la languette (30) est agencée pour se déformer sous l'effort de l'insertion de l'aimant (27) à l'intérieur de la cavité (26). 4. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la languette (30) est réalisée en matériau ferromagnétique. 5. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la languette (30) est issue de matière avec le corps de rotor (15). 6. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite face de la cavité (26) comporte une pluralité de languettes (30) réparties suivant un axe (X) le long duquel s'étend le corps de rotor (15). 7. Rotor selon la revendication 2 éventuellement en combinaison avec l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que l'aimant 30 permanent (27) comporte une première face plaquée contre la face de la 3055483 13 cavité (26) et une deuxième face délimitant la lame d'air parasite dans la cavité (26), les languettes (30) étant réparties de manière à venir en contact avec la deuxième face (271) de l'aimant permanent (27). 8. Rotor selon les revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les 5 languettes (30) sont disposées suivant une zone correspondant à au moins 50% de la surface de la deuxième face de l'aimant permanent (27), notamment 80% de la surface de la deuxième face de l'aimant permanent (27). 9. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé 10 en ce que la face de la cavité (26) comporte en outre au moins une creusure (34) pour la réception d'une extrémité de la languette (30) lorsque la languette (30) est déformée par un aimant permanent (27). 10. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'une tôle (19) du paquet de tôles (16) comporte au moins une 15 ouverture (41) formant une partie de la cavité (26) et comportant un premier bord muni d'une pluralité de languettes (30). 11. Rotor selon l'une quelconque la revendication 10, caractérisé en ce qu'une tôle (19) du paquet comporte une pluralité d'ouvertures (41), chaque ouverture (41) comportant un premier bord muni d'une pluralité de 20 languettes (30). 12. Rotor selon les revendications 10 et 11, caractérisé en ce que le paquet de tôles (16) est formé à partir d'au moins une série d'un premier type de tôles (19) comportant des languettes (30) ménagées dans un bord des ouvertures (41) et d'un deuxième type de tôles (19) dépourvu de languette 25 (30). 13. Machine électrique tournante caractérisée en ce qu'elle comporte un rotor tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes.