Brevet FR3059169A1 — publié le 20180525

Rotor à concentration de flux La présente invention se rapporte à un rotor à concentration de flux pour une machine ou un générateur électrique à flux axial. Dans le domaine des machines électriques, les machines à aimants permanents et à flux axial permettent d'obtenir de forts couples spécifiques particulièrement adaptés aux véhicules automobiles électriques, tout en présentant un encombrement réduit. Cependant, de telles machines induisent des difficultés de conception et de fabrication essentiellement liées à la difficulté de fixer les aimants permanents au rotor de sorte qu'ils restent fermement solidaires de la base du rotor, en particulier lorsqu'ils sont soumis aux efforts centrifuges produits par la rotation du rotor autour de son axe. On connaît notamment le document FR3023995 divulguant un rotor à flux 15 axial à aimants permanents. Ce rotor comprend un moyeu et un corps en forme de discoïde épais formé d'un enroulement de tôle qui définit des encoches radiales dans lesquels sont engagés des aimants permanents. Les aimants permanents sont maintenus dans le corps par une couronne de fixation en appui circonférentiel sur l'enroulement, la couronne étant fixée 20 par des piges de fixation radiales qui s'étendent au travers de l'enroulement entre la couronne et le moyeu. Cependant, une telle solution est relativement complexe à fabriquer. En effet, l'enroulement de tôle formant le corps autour du moyeu provoque un décalage d'épaisseur au voisinage du moyeu, par un effet d'escalier lié au 25 positionnement du début de l'enroulement, ainsi que sur la dernière couche, lié à la fin de l'enroulement. Un tel décalage associé aux dispersions dimensionnelles liées à de tels enroulements oblige à réaliser des cordons de soudures s'étendant radialement aux extrémités latérales du rotor pour en assurer une bonne tenue au cours du temps. 30 Or, de tels cordons de soudure sont sources de pertes fer par courant de Foucault et rendent relativement difficile l'appréciation du balourd d'un tel rotor. 3059169 2 Aussi, il existe le besoin d'une machine à flux axial, comprenant un rotor à aimant permanent pouvant être fabriqué plus simplement et réduisant les pertes de puissances, en particulier liées aux courants de Foucault. On propose un rotor pour une machine électrique à flux axial, comprenant 5 un moyeu, un corps en forme de discoïde solidaire du moyeu, et une pluralité d'aimants permanents solidarisés audit corps. Ledit corps comprend une succession de modules radiaux amovibles s'étendant depuis ledit moyeu, chaque aimant permanent de ladite pluralité d'aimants permanents étant engagé radialement entre deux modules radiaux 10 amovibles consécutifs. Ainsi, on peut fabriquer plus simplement un rotor à concentration de flux, car il est plus simple de fabriquer des modules radiaux amovibles venant s'installer indépendamment les uns des autres sur le moyeu, puis de venir insérer les aimants permanents entre ces modules radiaux amovibles. Avantageusement et de manière non limitative, chaque module radial amovible comprend un bras apte à être fixé de manière amovible au moyeu dans une direction radiale, un empilement de tôle étant enfilé sur le bras selon la direction radiale. Ainsi, chaque module radial amovible est relativement simple à fabriquer, en enfilant sur le bras l'empilement de tôle formant le corps du rotor. Avantageusement et de manière non limitative chaque bras comprend un organe de fixation trapézoïdal venant en butée radiale contre deux ergots fixés au moyeu. Ainsi, le maintien du bras sur le moyeu est relativement simple, léger et robuste. Avantageusement et de manière non limitative, chaque module radial amovible comprend une vis de fixation maintenant ledit empilement de tôle sur le bras, la vis de fixation étant insérée depuis une extrémité libre du bras. Ceci permet d'obtenir un maintien relativement ferme de l'empilement de tôle, notamment lorsque le rotor est entraîné en rotation. Avantageusement et de manière non limitative, la vis de fixation est vissée selon la direction radiale à l'extrémité libre dudit bras. Ceci augmente la résistance de la vis à la force centrifuge que subit l'empilement de tôle lorsque le rotor est entraîné en rotation. 3059169 3 Avantageusement et de manière non limitative, ledit bras présente une section droite de forme sensiblement carrée et aux côtés concaves. Ainsi, le bras présente une forme épousant sensiblement les lignes de champs parcourant le rotor, ce qui diminue les pertes électromagnétiques et optimise le 5 rendement de la machine électrique. Avantageusement et de manière non limitative, le rotor comprend une frette présentant une pluralité de prismes d'appui disposés circonférentiellement, chaque prisme d'appui reposant en appui radial sur un aimant permanent. Ainsi, on peut obtenir un dispositif d'appui relativement 10 simple pour prendre appui sur tous les aimants permanents insérés dans le corps du rotor. Avantageusement et de manière non limitative, lesdits prismes d'appui sont reliés successivement par des liens élastiques, par exemple en forme de X. Ceci permet d'adapter la frette à différentes rotor présentant des modules 15 radiaux différents. Avantageusement et de manière non limitative, le rotor comprend deux couronnes de serrages agencées de sorte à exercer un effort radial sur chaque prisme d'appui lorsqu'elles sont serrées l'une contre l'autre. En particulier, les couronnes de serrages sont serrées l'une à l'autre selon 20 une direction axiale. Avantageusement et de manière non limitative, chaque module radial amovible comprend au moins une rainure radiale permettant de guider un aimant permanent lors de son insertion entre deux modules radiaux amovibles consécutifs. Ainsi, l'insertion des aimants permanents entre deux modules 25 radiaux amovibles du rotor est relativement simplifiée. L'invention se rapporte aussi à une machine électrique comprenant un rotor tel que décrit précédemment. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d'un mode de réalisation particulier de 30 l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un rotor partiellement monté selon un mode de réalisation de l'invention ; 3059169 4 - la figure 2 est une autre vue en perspective d'un rotor partiellement monté selon le mode de réalisation de la figure 1 ; - la figure 3 d'un moyeu de rotor selon le mode de réalisation de la figure 1 sur lequel un seul module radial amovible est positionné ; 5 - la figure 4 est une vue en perspective d'un bras de module radial amovible d'un rotor selon le mode de réalisation de la figure 1 ; - la figure 5 est une vue schématique des lignes de champs traversant le rotor selon le mode de réalisation de la figure 1 ; - les figures 6a, 6b et 6c sont des vues en perspectives du montage d'une 10 frette et de couronnes de serrage sur le rotor selon le mode de réalisation de la figure 1. Les figures 1 à 5, 6a, 6b et 6c se rapportant à un même mode de réalisation, elles seront commentées simultanément. Un rotor 1 pour une machine électrique à flux axial comprend un moyeu 2 15 destiné à être solidarisé à un arbre mécanique, non représenté, et un corps 3 en forme de discoïde épais, solidaire du corps 2. Le moyeu 2 est un organe de forme sensiblement circulaire, définissant une direction axiale autour de laquelle le rotor est entraîné en rotation. Le moyeu 2 définit aussi une direction radiale ainsi qu'une direction ortho-radiale, 20 correspondant à une direction sensiblement tangentielle, perpendiculaire à la direction axiale et à la direction radiale. Dans la suite de la description, les termes direction axiale, direction radiale ainsi que direction ortho-radiale, seront interprétées comme étant relatives aux directions définies par le moyeu 2 et, par extension, au rotor 1 dans son ensemble. 25 Le corps 3 est formé d'une succession de modules radiaux amovibles 30 fixés au moyeu 2 de sorte à s'étendre radialement au-delà du moyeu 2. Les modules radiaux amovibles 30 sont montés régulièrement autour de la circonférence du moyeu 2. Les modules radiaux amovibles 30 sont espacés les uns des autres de 30 façon à ce qu'un espace soit libéré entre deux modules radiaux amovibles 30 consécutifs pour qu'un aimant permanent 4 y soit inséré. 3059169 5 Dit autrement, le rotor 1 présente une alternance circonférentielle de modules radiaux amovibles 30 et d'aimants permanents 4, agencés autour du moyeu 2. Les modules radiaux 30 sont formés d'un bras 31, tel que représenté 5 figure 4, comprenant à une première extrémité 310, dite extrémité de fixation 310, un organe de fixation 313 solidarisé de manière amovible au moyeu 2. Le bras 31 présente aussi une autre extrémité 312, dite extrémité libre 312, par laquelle est enfilé un empilement de tôle 32. L'empilement de tôle 32 s'étend sur sensiblement toute la longueur du 10 bras 32. L'empilement de tôle 32 définit une forme générale de trapézoïde dont deux faces 322, 323 ortho-radialement opposées, s'étendent selon la direction radiale, de sorte à définir une forme générale de secteur circulaire du rotor 1. Chaque empilement de tôle 32 installé sur un bras 31 présente pour 15 chaque face 322, 323 ortho-radialement opposée une rainure 321 radiale permettant de guider en translation un aimant permanent 4 lorsqu'il est inséré entre deux empilements de tôle 32 consécutifs. Dans la présente invention, l'ensemble des empilements de tôle 32 installés sur les bras 31 du rotor 1, définit le corps 3 dans lequel sont insérés 20 les aimants permanents 4. Une telle conception du corps 3 permet de fabriquer de manière plus simple le corps 3 du rotor 1 par rapport à l'art antérieur. En particulier, il est plus simple de définir avec précision l'espace d'insertion des aimants permanents 4, qui correspond à l'écartement angulaire des modules radiaux amovibles 30 25 consécutifs, tandis que dans l'art antérieur, l'enroulement de tôle connu, est relativement complexe à fabriquer pour assurer un alignement des ouvertures de chaque couche de tôle de l'enroulement définissant les espaces d'insertion des aimants permanents 4. Pour chaque module radial 30, afin de maintenir l'empilement de tôle 32 30 engagé sur le bras 31, notamment lorsque la rotation du rotor 1 soumet l'empilement de tôle 32 à des efforts centrifuges importants, une vis de fixation 33 est vissée à l'extrémité libre 312 du bras 31. L'extrémité libre 312 est l'extrémité distale 312 du bras 31 par rapport au moyeu 2. 3059169 6 Ici, la vis de fixation 33 est vissée dans un alésage fileté réalisé radialement dans le bras 31 depuis l'extrémité libre 312 de sorte que la tête de la vis de fixation 33 vienne en appui contre l'empilement de tôle 32. Tel qu'illustré figure 5, le bras 31 présente une section droite de forme 5 sensiblement carré, dont les côtés sont concaves, de sorte à épouser la forme des lignes de champ 50 du champ magnétique parcourant le corps 3 du rotor 1 à concentration de flux. Cette forme de la section du bras 31 permet en outre d'assurer la fonction prise habituellement par des clavettes ou des rainures pour l'anti-rotation de l'empilement de tôle 32. En effet, il existe plusieurs 10 manières d'immobiliser les tôles contre la rotation autour de la direction radiale : installer un assemblage serré, par exemple un frettage choisi traditionnellement dans l'assemblage stack de tôle/moyeu ou bien mettre en oeuvre un système anti-rotation type clavette/rainure si les efforts sont trop importants et qu'on souhaite limiter les déformations dues au frettage. 15 Dans ce mode de réalisation, la forme en étoile de la section du bras 31 permet de bloquer la mise en position de l'empilement de tôle 32, et cette forme en étoile épouse les lignes de champs, contrairement à une autre forme type clavette/rainure qui aurait cassé ces lignes de champs et aurait donc augmenté les pertes fer tout en réduisant le flux à rigidité comparable. 20 L'organe de fixation 313 est ici une pièce trapézoïdale 313 dont les côtés de base sont sensiblement courbes de sorte à épouser la courbure du moyeu 2. L'organe de fixation 313 est obtenu d'une pièce avec le bras 31 et s'étend depuis l'extrémité de fixation 310 du bras 31. Lorsqu'il est installé sur le moyeu 2, l'organe de fixation 313 est en butée 25 radiale contre deux ergots 22 de forme trapézoïdale, obtenus d'une pièce avec le moyeu 2. Ces ergots 22 permettent ainsi de retenir l'organe de fixation 313 selon la direction radiale, afin de s'opposer aux efforts centrifuges lorsque le rotor 1 est entraîné en rotation. 30 L'organe de fixation 313 définit un alésage axial 314 traversant, éventuellement fileté, venant en vis-à-vis avec un autre alésage axial 21 fileté défini dans le moyeu 2. 3059169 7 Ces deux alésages axiaux 314, 21 sont traversés par une vis de serrage 6 permettant de serrer axialement l'organe de fixation 313 du bras 31 contre le moyeu 2. Selon un mode de réalisation particulier, avant d'insérer la vis, on dispose 5 contre l'organe de fixation 313 un flasque 61 en forme de disque, sur lequel la vis de serrage 6 vient prendre appui lors du serrage. Le flasque 61 est ici une seule pièce en forme de disque sur laquelle toutes les vis de serrage 6 du rotor viennent prendre appui. En référence aux figures 6a, 6b et 6c, pour renforcer le rotor 1, pour 10 maintenir les aimants permanents 4 lorsque le rotor 1 est entraîné en rotation, on installe une frette 70 autour du rotor 1. La frette 70 entoure circonférentiellement les aimants permanents 4 et le corps 3 du rotor 1 et vient en appui radial sur les aimants permanents 4. La frette 70 comprend pour chaque aimant permanent 4, un prisme 15 d'appui 71 traversé axialement par une rainure 711. Les prismes d'appui 71 de la frette 70 sont reliés successivement par des liens 72 élastiques, ce qui permet d'adapter la frette 70 à des modules radiaux 30 de dimensions différentes, en particulier de longueurs différentes. Les liens élastiques 72 présentent une forme sensiblement en X, centrée 20 sur la tête de la vis 33 correspondante. Deux couronnes de fixation 8, 8' sont montée latéralement, chacune d'un côté du rotor 1. Chaque couronne 8, 8' présente localement une section droite sensiblement triangulaire dont une face vient épouser pour chaque prime 25 d'appui 71 la forme d'une face latérale oblique du prisme d'appui 71 selon la direction axiale du rotor 1. Autrement dit, chaque couronne de fixation 8, 8', vient en appui latéral sur chacun des prismes d'appuis 71 de la frette 70. Chaque couronne 8, 8' recouvre la circonférence du rotor 1 sur 30 sensiblement la moitié de l'épaisseur du rotor 1 ; épaisseur étant entendue selon la direction axiale du rotor 1. 3059169 8 Les deux couronnes 8, 8', lorsqu'elles sont positionnées sur le rotor 1, viennent ainsi recouvrir le rotor 1 en appui latéral, de part et d'autre, sur les prismes d'appuis 71 de la frette 7. Chaque couronne 8, 8' présente une pluralité d'orifices 81 axiaux. 5 Ces couronnes présentent une inertie idéalement relativement faible dans le sens « torsion radiale » (et non dans le sens tenue radiale) permettant à son élasticité d'épouser les différences de hauteurs (tolérance vis-à-vis de l'axe du moyeu) de chacun des aimants. Ainsi, le bridage en déplacement axial de chacun des aimants se fait avec deux seules couronnes et un nombre de vis de 10 bridage radial égal au nombre d'aimants à brider. Chacune des vis de bridage est idéalement située au-dessus de chaque aimant. La pluralité d'orifice 81 de chaque couronne 8, 8' est agencée de sorte que chaque orifice 81 est positionné en regard d'une rainure 711 d'un prisme d'appui 71. 15 On solidarise ainsi les deux couronnes 8, 8', en les vissant l'une à l'autre, par des vis traversant respectivement un orifice d'une première couronne 8, la rainure 711 en regard, et un orifice de la deuxième couronne 8'. Le serrage des deux couronnes 8, 8' autour des prismes d'appui 71 a pour effet, de par l'inclinaison des faces en contact, d'exercer un effort radial sur 20 l'aimant permanent 4 associé, ce qui permet d'en assurer un maintien robuste, de manière relativement simple et peu encombrante. 25 REVENDICATIONS1. Rotor (1) pour une machine électrique à flux axial à concentration de flux, comprenant un moyeu (2), un corps (3) en forme de discoïde solidaire du moyeu (2), et une pluralité d'aimants permanents (4) solidarisés audit corps (3), caractérisé en ce que ledit corps (3) comprend une succession de modules radiaux amovibles (30) s'étendant depuis ledit moyeu (2), chaque aimant permanent (4) de ladite pluralité d'aimants permanents (4) étant engagé radialement entre deux modules radiaux amovibles (30) consécutifs. 2. Rotor (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque module radial amovible (30) comprend un bras (31) apte à être fixé de manière amovible au moyeu (2) dans une direction radiale, un empilement de tôle (32) étant enfilé sur le bras (31) selon la direction radiale. 3. Rotor (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque bras (31) comprend un organe de fixation (313) trapézoïdal venant en butée radiale contre deux ergots (22) fixés au moyeu (2). 4. Rotor (1) selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que chaque module radial amovible comprend une vis de fixation (33) maintenant ledit empilement de tôle (32) sur le bras (31), la vis de fixation (33) étant insérée depuis une extrémité libre (34) du bras (31). 5. Rotor (1) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ledit bras (31) présente une section droite de forme sensiblement carrée et aux côtés concaves. 6. Rotor (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend une frette (70) présentant une pluralité de prismes d'appui (71) disposés circonférentiellement, chaque prisme d'appui (71) reposant en appui radial sur un aimant permanent (4). 3059169 10 7. Rotor (1) selon la revendication 6 caractérisé en ce que lesdits prismes d'appui (71) sont reliés successivement par des liens élastiques (72) en forme de X. 5 8. Rotor (1) selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comprend deux couronnes de serrages (8, 8') agencées de sorte à exercer un effort radial sur chaque prisme d'appui (71) lorsqu'elles sont serrées l'une contre l'autre. 9. Rotor (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce 10 que chaque module radial amovible (30) comprend au moins une rainure radiale (321) permettant de guider un aimant permanent (4) lors de son insertion entre deux modules radiaux amovibles (30) consécutifs. 10. Machine électrique comprenant un rotor (1) selon l'une quelconque des 15 revendications 1 à 9.