Brevet FR3053178A1 — publié le 20171229

MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE À ROTOR MONO-LÈVRE La présente invention porte sur une machine électrique tournante à rotor mono-lèvre utilisée notamment dans les véhicules automobiles. De façon connue en soi, les machines électriques tournantes comportent un stator et un rotor solidaire d'un arbre. Le rotor pourra être solidaire d'un arbre menant et/ou mené et pourra 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 muni d'une pluralité de dents définissant des d'encoches, et un bobinage inséré dans les encoches du stator. Le bobinage est obtenu par exemple à partir de fils continus recouverts d'émail ou à partir d'éléments conducteurs en forme d'épingles reliées entre elles par soudage. Alternativement, les phases de la machine sont formées à partir de bobines individuelles enroulées chacune autour d'une dent statorique. Les phases connectées en étoile ou en triangle comportent des sorties reliées à un module électrique 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. Le rotor comporte des pôles formés par exemple par des aimants permanents logés dans des logements délimités chacun par deux bras adjacents. L'invention vise à proposer une définition optimale du rotor afin de minimiser la masse totale des aimants qui peuvent être très onéreux, en particulier lorsqu'il s'agit d'aimants réalisés en terres rares. A cet effet, l'invention a pour objet un rotor de machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, comportant: - un corps comprenant une pluralité de logements, chaque logement étant délimité par deux bras adjacents, et 3053178 2 - au moins un aimant permanent positionné à l'intérieur de chaque logement, caractérisé en ce que chaque logement est partiellement fermé à une périphérie externe du corps de rotor par une unique lèvre de retenue radiale dudit aimant permanent. 5 L'invention permet ainsi, en supprimant une des lèvres de maintien, de réduire les fuites magnétiques entre les pôles du rotor. On améliore ainsi les performances magnétiques du rotor, ce qui autorise à réduire la masse d'aimant permanents utilisée afin de faire des économies de coût de revient de la machine. 10 Selon une réalisation, chaque bras comporte une unique lèvre de retenue radiale d'un aimant permanent correspondant. Selon une réalisation, un bras sur deux comporte deux lèvres de retenue radiale d'un aimant permanent associées chacune à un logement correspondant. 15 Selon une réalisation, un ratio entre une première longueur mesurée entre une extrémité d'une lèvre d'un bras et une face interne d'un logement positionnée en vis-à-vis de ladite lèvre divisée par une deuxième longueur mesurée entre deux faces internes de logement en vis-à-vis l'une de l'autre appartenant à deux bras adjacents est compris entre 50% et 90%. 20 Selon une réalisation, les lèvres s'inscrivent dans un cercle dans lequel s'inscrit également une périphérie externe dudit corps de rotor. Selon une réalisation, les lèvres présentent à leur périphérie externe une courbure différente de celle de la périphérie externe du corps de rotor. Selon une réalisation, ledit rotor est de type à concentration de flux. 25 Selon une réalisation, ledit rotor comporte des laminettes rapportées montées chacune entre une lèvre et une périphérie externe d'un aimant permanent correspondant. Selon une réalisation, lesdits aimants permanents sont réalisés en terre rare. 3053178 3 Selon une réalisation, ledit rotor comporte une âme munie d'une ouverture centrale pour le passage d'un arbre, lesdits bras étant connectés à ladite âme par une de leurs extrémités. Selon un autre aspect, l'invention concerne une machine électrique tournante 5 caractérisée en ce qu'elle comporte un rotor tel que précédemment défini. 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 montre une vue en coupe transversale de la machine électrique 10 tournante selon la présente invention; Les figures 2a et 2b sont des vues en coupe transversale du rotor illustrant deux variantes d'un premier mode de réalisation des lèvres de retenue radiale des aimants selon la présente invention; La figure 3 est une vue en coupe transversale du rotor illustrant un deuxième 15 mode de réalisation des lèvres de retenue radiale des aimants selon la présente invention; La figure 4 est une vue détaillée d'un logement et d'un aimant correspondant d'un rotor selon la présente invention; La figure 5 montre des représentations graphiques de l'évolution du flux de 20 fuite magnétique interpolaire et des contraintes de traction dans le corps de rotor en fonction d'un ratio entre une longueur mesurée entre une extrémité d'une lèvre et une face interne de logement divisée par une longueur mesurée entre deux faces internes d'un même logement; La figure 6 est une vue détaillée d'un logement et d'un aimant correspondant 25 illustrant le positionnement d'une laminette rapportée de maintien radial d'un aimant permanent. Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. 3053178 4 La figure 1 montre une machine électrique tournante 10 comportant un rotor 11 ayant un axe de rotation X et destiné à être monté sur un arbre 12. Un stator bobiné 15, qui pourra être polyphasé, entoure le rotor 11 avec présence d'un entrefer entre la périphérie externe du rotor 11 et la périphérie 5 interne du stator 15. Ce stator 15 est fixé sur un carter configuré pour porter à rotation l'arbre 12 via des roulements à billes et/ou à aiguilles. Plus précisément, le stator 15 comporte un corps 16 et un bobinage 17. Le corps de stator 16 consiste en un empilement axial de tôles planes. Le corps 16 comporte des dents 20 réparties angulairement de manière régulière sur 10 une périphérie interne d'une culasse 21. Ces dents 20 délimitent des encoches 24, de telle façon que chaque encoche 24 est délimitée par deux dents 20 successives. La culasse 21 correspond ainsi à la portion annulaire externe pleine du corps 16 qui s'étend entre le fond des encoches 24 et la périphérie externe du stator 15. 15 Les encoches 24 débouchent axialement dans les faces d'extrémité axiales du corps 16. Les encoches 24 sont également ouvertes radialement vers l'intérieur du corps 16. Le stator 15 est muni de pieds de dent 25 du côté des extrémités libres des dents 20. Chaque pied de dent 25 s'étend circonférentiellement de part et d'autre d'une dent 20 correspondante. 20 Pour obtenir le bobinage 17, plusieurs phases sont formées par des bobines 28 enroulées chacune autour d'une dent 20. Chaque bobine 28 est formée à partir à partir d'un fil électriquement conducteur recouvert d'une couche de matériau électriquement isolant tel que de l'émail. Un isolant de bobine pourra être intercalé entre chaque bobine 28 et la dent 20 correspondante. 25 Par ailleurs, le rotor 11 comporte un corps 31 formé par un empilement axial de tôles planes afin de diminuer les courants de Foucault. Le corps 31 est réalisé en matière ferromagnétique. Le corps 31 peut être lié en rotation à l'arbre 12 de la machine électrique tournante de différentes manières, par exemple par emmanchement en force de l'arbre 12 cannelé à l'intérieur de 30 l'ouverture centrale 32 du rotor réalisée dans l'âme 33. Le rotor 11 comporte une pluralité de logements 36 à l'intérieur desquels sont positionnés des aimants permanents 37 formant des pôles 3053178 5 magnétiques. Un logement 36 peut contenir un seul aimant 37 de forme parallélépipédique. En variante, un logement 36 pourra contenir une pluralité d'aimants 37 empilés axialement ou radialement les uns par rapport aux autres. Les aimants 37 pourront présenter des angles biseautés, comme cela 5 est représenté sur la figure 4. Les aimants 37 sont de préférence réalisés en terre rare afin de maximiser la puissance de la machine 10. En variante, les aimants 37 peuvent être de nuance différente pour réduire les coûts. Par exemple, dans chaque logement 36, on associe un aimant en terre rare et un aimant en ferrite moins 10 puissant mais moins coûteux. Certains logements 36 pourront également être laissés vides en fonction de la puissance recherchée. Le rotor 11 est à concentration de flux, c'est-à-dire que les faces latérales en vis-à-vis des aimants 37 situés dans deux logements consécutifs sont de même polarité. Chaque logement 36 traverse le corps 31 d'une face d'extrémité axiale à 15 l'autre et est ouverte du côté de la périphérie externe du rotor 11. En variante, les logements 36 pourront être borgnes. En l'occurrence, chaque logement 36 est délimité par deux bras 40 adjacents du rotor 11. Les bras 40 sont espacés angulairement entre eux de façon régulière. Les bras 40 sont connectés par une de leurs extrémités à l'âme 33 20 munie de l'ouverture 32. Afin d'assurer une retenue axiale des aimants 37, des flasques (non représentés) sont plaqués contre les extrémités axiales du corps de rotor 31. Ces flasques peuvent également avoir une fonction d'équilibrage du rotor 11. En outre, chaque logement 36 est partiellement fermé à la périphérie externe 25 du rotor par une unique lèvre 41 de retenue radiale de l'aimant. Dans le mode de réalisation des figures 2a et 2b, chaque bras 40 comporte du côté de son extrémité libre une unique lèvre 41 de retenue radiale d'un aimant correspondant. Toutes les lèvres 41 s'étendent ainsi circonférentiellement depuis la même face d'un bras 40 correspondant. Ainsi, 30 sur la figure 2a, une lèvre unique 41 s'étend depuis la face droite de chaque 3053178 6 bras 40. Sur la figure 2b, une lèvre unique 41 s'étend depuis la face gauche de chaque bras 40. Dans le mode de réalisation de la figure 3, un bras 40 sur deux comporte du côté de son extrémité libre deux lèvres 41 de retenue radiale s'étendant 5 circonférentiellement de part et d'autre d'un bras 40 correspondant. Chaque lèvre 41 de retenue est associée à un logement 36 correspondant, c'est-à-dire que chaque lèvre 41 d'un bras donné ferme partiellement une périphérie externe d'un logement 36 correspondant. Autrement dit, il existe une alternance de circonférentielle de bras 40 comportant deux lèvres 41 fermant 10 partiellement les deux logements 36 adjacents audit bras 40 portant les lèvres 41 et de bras 40 dépourvus de lèvre 41. Les lèvres 41 pourront s'inscrire dans un cercle C représenté sur la figure 2a dans lequel s'inscrit également la périphérie externe du corps de rotor 31. Autrement dit, les lèvres 41 et la face externe des bras 40 en regard de la 15 périphérie interne du stator 15 présentent la même courbure. Dans ce cas, l'entrefer de la machine est sensiblement constant. En variante, les lèvres 41 présentent à leur périphérie externe une courbure différente de celle de la périphérie externe du corps de rotor 31 et donc du cercle C. Cela permet d'obtenir une machine à entrefer variable. 20 La figure 5 montre des représentations graphiques de l'évolution du flux de fuite magnétique interpolaire (cf. courbe C1) et des contraintes de traction (cf. courbe C2) dans le corps de rotor 31 en fonction d'un ratio R entre la longueur L1 divisée par la longueur L2 montrée sur la figure 4. On précise que la longueur L1 est mesurée entre une extrémité d'une lèvre 25 41 d'un bras 40 et une face interne d'un logement 36 positionnée en vis-à-vis de la lèvre 41. La longueur L2 est mesurée entre deux faces internes d'un logement 36 en vis-à-vis l'une de l'autre et appartenant à deux bras 40 adjacents. Le ratio R correspondant à la partie hachurée est de préférence compris 30 entre 50% et 90% afin d'être situé entre le flux de fuite maximum admissible (cf. point P1) et la limite à la rupture du corps de rotor (cf. point P2). Le ratio 3053178 7 R est avantageusement compris entre 65% et 75%. Cela constitue un compromis optimum entre la tenue mécanique des lèvres 41 et la minimisation des fuites magnétiques. On observe qu'il existe un jeu J fonctionnel de montage entre les faces 5 internes des logements 36 et les faces en vis-à-vis des aimants 37, tel que montré sur la figure 4. Ce jeu J pourra par exemple être compris entre 0.1mm et 0.2mm. Dans un exemple de réalisation particulier illustré par la figure 6, il est possible de prévoir des laminettes 44 rapportées montées chacune entre une 10 lèvre 41 et une périphérie externe d'un aimant permanent 37 correspondant. Chaque laminette 44 prend la forme d'une plaquette réalisée dans un matériau moins dur que le matériau des aimants 37. Il pourra par exemple s'agir de fibres de verre noyées dans une matière plastique pré-imprégnée. La laminette 44 est plate rectangulaire et a sensiblement les mêmes 15 dimensions et la même forme que la face circonférentielle externe de l'aimant 37 qu'elle recouvre avec ses bords en coïncidence. Dans un mode de réalisation différent, les dimensions peuvent être différentes. Une couche de colle plus souple que l'aimant 37 est interposée entre l'aimant 37 et la laminette 44. 20 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 25 autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. REVENDICATIONS1. Rotor (11) de machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, comportant: - un corps (31) comprenant une pluralité de logements (36), chaque logement (36) étant délimité par deux bras (40) adjacents, et - au moins un aimant permanent (37) positionné à l'intérieur de chaque logement (36), caractérisé en ce que chaque logement (36) est partiellement fermé à une périphérie externe du corps de rotor (31) par une unique lèvre (41) de retenue radiale dudit aimant permanent (37). 2. Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque bras (40) comporte une unique lèvre (41) de retenue radiale d'un aimant permanent (37) correspondant. 3. Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un bras (40) sur deux comporte deux lèvres (41) de retenue radiale d'un aimant permanent (37) associées chacune à un logement (36) correspondant. 4. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un ratio entre une première longueur (L1) mesurée entre une extrémité d'une lèvre (41) d'un bras (40) et une face interne d'un logement (36) positionnée en vis-à-vis de ladite lèvre (41) divisée par une deuxième longueur (L2) mesurée entre deux faces internes de logement (36) en vis-à-vis l'une de l'autre appartenant à deux bras (40) adjacents est compris entre 50% et 90%. 5. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les lèvres (41) s'inscrivent dans un cercle (C) dans lequel s'inscrit également une périphérie externe dudit corps de rotor (31). 6. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les lèvres (41) présentent à leur périphérie externe une courbure différente de celle de la périphérie externe du corps de rotor (31). 7. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé 3053178 9 en ce qu'il est de type à concentration de flux. 8. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte des laminettes (44) rapportées montées chacune entre une lèvre (41) et une périphérie externe d'un aimant permanent (37) 5 correspondant. 9. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que lesdits aimants permanents (37) sont réalisés en terre rare. 10. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte une âme (33) munie d'une ouverture centrale (32) pour 10 le passage d'un arbre (12), lesdits bras (40) étant connectés à ladite âme (33) par une de leurs extrémités. 11. Machine électrique tournante caractérisée en ce qu'elle comporte un rotor tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes. 15