Brevet FR3069723A1 — publié le 20190201

I ROTOR DE MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE MUNI D'UNE COUCHE DE RÉSINE DANS LES CAVITÉS D'AIMANTS PERMANENTS La présente invention porte sur un rotor de machine électrique tournante muni d'une couche de résine dans les cavités d'aimants permanents. 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 sur des paliers 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. Les enroulements de phase 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. Ces enroulements sont des enroulements polyphasés connectés en étoile ou en triangle dont les sorties sont reliées à un onduleur fonctionnant également en pont redresseur. Par ailleurs, le rotor peut comporter un corps formé par un paquet de tôles réalisé dans un matériau magnétique, notamment en acier, ainsi que des pôles formés par une pluralité d'aimants permanents logés dans des cavités du corps. Compte tenu des tolérances de fabrication des différentes pièces, il est possible que les aimants soient mal plaqués à l'intérieur des cavités, ce qui est susceptible d'engendrer la détérioration des aimants du fait des chocs entre les aimants et les faces internes des cavités ou entre les aimants lors des phases d'accélération ou de décélération du rotor. Comme cela est illustré sur la figure 1, afin de compenser les jeux de montage, il est connu d'insérer dans chaque cavité 2 prévue pour accueillir les aimants 3, un ressort 4 exerçant une force de maintien sur les aimants 3 2 correspondants. Un flasque 5 assurant la fermeture des cavités peut également être utilisé pour réaliser un équilibrage du rotor. On pourra se référer au document W013175117 pour plus de détails sur ce dispositif. L'invention vise à proposer une solution alternative à l'utilisation des ressorts. 5 A cet effet, l'invention a pour objet une machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, comportant: - un stator, - un rotor comportant: - un corps comportant au moins une cavité, 10 - au moins un aimant permanent disposé dans la cavité, caractérisée en ce qu'une couche de résine polymère recouvre au moins une face de l'aimant permanent de sorte à être interposée entre ladite face de l'aimant permanent et une face interne de la cavité. L'invention permet ainsi, grâce à la présence de la couche de résine 15 polymère, d'assurer un maintien mécanique efficace des aimants permanents dans les cavités de manière à éviter la casse des aimants lors du fonctionnement de la machine électrique à grande vitesse. En outre, la résine pourra recouvrir les faces des aimants permanents situées en vis-à-vis l'une de l'autre dans la cavité afin de réduire les pertes par courants de 20 Foucault. On améliore ainsi les performances électromagnétiques de la machine électrique tournante. Selon une réalisation, la couche de résine polymère recouvre au moins deux faces de l'aimant permanent, notamment deux faces opposées l'une par rapport à l'autre. 25 Selon une réalisation, la couche de résine polymère recouvre toutes les faces de l'aimant permanent. Selon une réalisation, une bande de papier est enduite au moins partiellement de la couche de résine polymère. Selon un autre aspect, l'invention a pour objet un procédé de fabrication 30 d'une machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte: 3 - une étape de recouvrement d'au moins une face d'un aimant permanent par une couche de résine polymère, - une étape d'insertion de l'aimant permanent dans une cavité d'un rotor, de sorte que la couche de résine est interposée entre ladite face de l'aimant 5 permanent et une face interne de la cavité, et - une étape de chauffage du rotor de manière à polymériser la résine polymère. Selon une mise en oeuvre, préalablement à l'étape de chauffage, le procédé comporte une étape de fermeture de la cavité par mise en place d'au moins 10 un flasque. Selon une mise en oeuvre, l'étape de recouvrement est effectuée par trempage de l'aimant permanent dans un bain de résine polymère. Selon une mise en oeuvre, l'étape de recouvrement est effectuée par pulvérisation de résine polymère sur l'aimant permanent. 15 Selon une mise en oeuvre, l'étape de recouvrement consiste à disposer une bande de papier enduite au moins partiellement de résine polymère autour de l'aimant permanent. Selon une mise en oeuvre, la bande de papier présente une forme en U. Selon une mise en oeuvre, la bande de papier est une bande individuelle 20 disposée autour de l'aimant permanent. Selon une mise en oeuvre, la bande de papier est disposée autour d'une pluralité d'aimants permanents destinés à être insérés à l'intérieur d'une même cavité. Selon une mise en oeuvre, l'aimant permanent est emballé dans la bande de 25 papier) de sorte que la bande de papier recouvre toutes les faces de l'aimant permanent. 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. 4 La figure 1, déjà décrite, est une vue en perspective éclatée d'un rotor muni de ressorts de maintien selon l'état de la technique; La figure 2 est une vue en coupe de la machine électrique tournante selon la présente invention; 5 La figure 3 est une vue en perspective d'un rotor de machine électrique tournante selon la présente invention sans les flasques de fermeture des cavités recevant les aimants permanents ; Les figures 4a à 4d sont des vues en perspective et schématiques des étapes d'une première mise en oeuvre du procédé selon l'invention; 10 Les figures 5a à 5d sont des vues en perspective et schématiques des étapes d'une deuxième mise en oeuvre du procédé selon l'invention; Les figures 6a à 6d sont des vues en perspective et schématiques des étapes d'une troisième mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même 15 référence d'une figure à l'autre. La figure 2 montre une machine électrique tournante 10 comportant un stator 11 entourant un rotor 12 monté sur un arbre 13 avec présence d'un entrefer entre la périphérie externe du rotor 12 et la périphérie interne du stator 11. Le stator 11 est monté fixe à l'intérieur d'un carter 16 portant à rotation l'arbre 13 20 du rotor 12. A cet effet, le carter 16 comporte un palier avant 17 et un palier arrière 18 munis chacun d'un logement de réception d'un roulement 21, notamment un roulement à billes, intercalé radialement entre l'arbre 13 et le palier de la machine électrique correspondant. Le stator 11 comporte un corps 24 constitué par un empilage de tôles minces 25 formant une couronne, dont la face intérieure est pourvue d'encoches ouvertes vers l'intérieur pour recevoir un bobinage 25. Le bobinage 25 est obtenu 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. Le bobinage comporte des enroulements polyphasés connectés en étoile ou 30 en triangle dont les sorties sont reliées à un pont redresseur. 5 Par ailleurs, comme on peut le voir sur la figure 3, le rotor 12 comporte un corps 28 formé par un paquet de tôles réalisé dans un matériau magnétique, notamment en acier, ainsi qu'une pluralité d'aimants permanents 29 destinés à être logés dans des cavités 30 du corps de rotor 28. 5 Les tôles du corps 28 pourront être maintenues au moyen de rivets 33 traversant axialement le rotor 12 de part en part via des trous prévus à cet effet. En variante, les tôles sont maintenues entre elles par collage, soudage, ou boutonnage. Le corps de rotor 28 comporte une ouverture centrale 35 pour le passage de 10 l'arbre 13 s'étendant suivant l'axe X. L'arbre 13 peut être emmanché en force à l'intérieur de l'ouverture 35 pour lier en rotation le corps de rotor 28 avec l'arbre 13. Dans sa partie centrale, le corps de rotor 28 comporte des évidements 36 pour alléger le rotor 12. Plus précisément, dans un plan de coupe P orthogonal à l'axe X, les cavités 15 30 s'étendent longitudinalement suivant une direction Dl. Les cavités 30 pourront être axialement traversantes ou de configuration borgne, c'est à dire qu'elles débouchent d'un seul côté axial du corps. Les pôles magnétiques du rotor 12 sont formés chacun par les aimants 29 logés dans deux cavités 30 adjacentes formant un V dans le plan orthogonal P. En variante, les cavités 20 30 s'étendent suivant une direction radiale ou orthoradiale par rapport à l'axe X. Chaque cavité 30 reçoit une pluralité d'aimants 29 empilés axialement les uns sur les autres. En l'occurrence, chaque cavité 30 reçoit six aimants 29 de forme parallélépipédique. En variante, le nombre d'aimants 29 pourra bien 25 entendu être différent. Un aimant 29 unique peut également être inséré à l'intérieur de chaque cavité 30. Les aimants permanents 29 peuvent être réalisés en terre rare ou en ferrite selon les applications et la puissance recherchée de la machine. En outre, une couche de résine 38 polymère recouvre au moins une face de 30 l'aimant permanent 29 de sorte à être interposée entre ladite face de l'aimant 29 et une face interne de la cavité 30. Avantageusement, la couche de résine 38 recouvre au moins deux faces de l'aimant 29, notamment deux faces 6 opposées l'une par rapport à l'autre. Suivant un mode de réalisation préférentiel, la couche de résine 38 recouvre toutes les faces de chaque aimant permanent 29. On décrit ci-après, en référence avec les figures 4a à 4d, une première mise 5 en oeuvre du procédé selon l'invention permettant de réaliser le rotor 12 à aimants permanents selon l'invention. Au cours d'une première étape représentée sur la figure 4a, les aimants 29 sont trempés dans un bain de résine polymère 40 très peu ou pas polymérisée. Cela permet de recouvrir l'ensemble des faces des aimants 29 10 d'une couche de résine 38. Alternativement, les aimants 29 sont recouverts d'une couche de résine 38 par pulvérisation de résine polymère. Dans une deuxième étape représentée sur la figure 4b, une série d'aimants 29 empilés axialement les uns sur les autres et recouverts de résine sont insérés dans une cavité 30 du corps de rotor 28. 15 Dans une troisième étape représentée sur la figure 4c, les flasques de fermeture 42 sont mis en place sur les faces d'extrémité axiales du corps de rotor 28 afin de fermer les extrémités des cavités 30. A cet effet, des organes de fixation 43, tels que des vis de serrage, sont insérés à l'intérieur de trous de fixation ménagés dans les flasques 42 et le corps de rotor 28. Les vis de 20 serrage 43 traversent ainsi de part en part l'ensemble formé par le corps de rotor 28 et les flasques 42. Des écrous de serrage 44 permettent de verrouiller l'ensemble. Avantageusement, les flasques de fermeture 42 sont réalisés dans un matériau non magnétique présentant une grande rigidité mécanique, par 25 exemple en acier amagnétique ou en aluminium. Ces flasques 42 peuvent en outre assurer un équilibrage du rotor 12 tout en permettant un bon maintien des aimants 29 à l'intérieur de leur cavité 30. L'équilibrage peut être effectué par ajout ou retrait de matière. Le retrait de matière peut être effectué par usinage de plots saillants référencés 46, tandis que l'ajout de matière peut 30 être effectué en implantant des éléments dans des ouvertures prévues à cet effet et réparties suivant la circonférence du flasque 42. 7 Dans une quatrième étape représentée à la figure 4d, on réalise une étape de chauffage du rotor 12 de manière à polymériser la résine 38 située à l'intérieur des cavités 30. A cet effet, le rotor 12 est placé à l'intérieur d'un four. La température est choisie de façon à être inférieure à la température 5 susceptible d'altérer l'aimantation des aimants permanents 29. A la fin du procédé, une couche de résine 38 polymérisée est interposée entre les faces des aimants 29 et les faces internes de la cavité 30, ce qui permet d'assurer un maintien mécanique efficace des aimants 29 à l'intérieur des cavités 30. En outre, le fait qu'une couche de résine 38 soit disposée 10 entre les faces en vis-à-vis de deux aimants 29 situés dans une même cavité 30 permet de réduire les pertes par courants de Foucault. Les figures 5a à 5d illustrent une variante de mise en oeuvre du procédé de fabrication du rotor 12 à aimants permanents selon l'invention. Au cours d'une première étape représentée sur la figure 5a, une bande de 15 papier 50 enduite au moins partiellement de résine polymère est disposée autour d'un empilement axial d'aimants permanents 29. Plus précisément, la bande de papier 50 est pliée en forme de U de manière à présenter deux parois 51, 52 recouvrant les plus grands côtés de l'empilement d'aimants 29 opposés l'un par rapport à l'autre, ainsi qu'une paroi de liaison 53 recouvrant 20 une face d'extrémité de l'empilement d'aimants 29. Dans une deuxième étape représentée sur la figure 5b, l'ensemble formé par la bande de papier 50 imprégnée et la série d'aimants empilés 29 recouverts par la bande 50 est inséré dans une cavité 30 correspondante du rotor 12. Dans une troisième étape représentée sur la figure 5c, les flasques de 25 fermeture 42 sont mis en place sur les faces d'extrémité axiales du corps de rotor 28 afin de fermer les extrémités des cavités 30. A cet effet, des organes de fixation 43, tels que des vis de serrage, sont insérés à l'intérieur de trous de fixation ménagés dans les flasques 42 et le corps de rotor 28. Les vis de serrage 43 traversent ainsi de part en part l'ensemble formé par le corps de 30 rotor 28 et les flasques 42. Des écrous de serrage 44 permettent de verrouiller l'ensemble. 8 Dans une quatrième étape représentée à la figure 5d, on réalise une étape de chauffage du rotor 12 de manière à polymériser la résine imprégnant les bandes de papier 50. A cet effet, le rotor 12 est placé à l'intérieur d'un four. La température est choisie de façon à être inférieure à la température 5 susceptible d'altérer l'aimantation des aimants permanents 29. A la fin du procédé, une couche de résine 38 polymérisée correspondant à la résine imprégnant les bandes de papier 50 est interposée entre les plus grandes faces des aimants permanents 29 et les faces internes de la cavité 30, ce qui permet d'assurer un maintien efficace des aimants à l'intérieur des 10 cavités 30. Les figures 6a à 6d illustrent une variante de mise en oeuvre du procédé de fabrication du rotor 12 à aimants permanents selon l'invention. Au cours d'une première étape représentée sur la figure 6a, une bande de papier 50' enduite au moins partiellement de résine polymère est disposée 15 autour de chaque aimant 29 situé dans l'empilement axial d'aimants 29. Plus précisément, la bande de papier individuelle 50' est pliée en forme de U de manière à présenter deux parois 51', 52' recouvrant les plus grands côtés de chaque aimant 29 opposés l'un par rapport à l'autre, ainsi qu'une paroi de liaison 53' recouvrant une face d'extrémité de l'aimant 29. En variante, 20 chaque aimant 29 pourra être emballé dans une bande de papier 50', de sorte que la bande de papier 50' recouvre par pliage toutes les faces de l'aimant 29. Dans une deuxième étape représentée sur la figure 6b, l'ensemble formé par la série d'aimants 29 recouverts chacun d'une bande 50' et empilés 25 axialement les uns sur les autres est inséré dans une cavité 30 correspondante du rotor 12. Dans une troisième étape représentée sur la figure 6c, les flasques de fermeture 42 sont mis en place sur les faces d'extrémité axiales du corps de rotor 28 afin de fermer les extrémités des cavités 30. A cet effet, des organes 30 de fixation 43, tels que des vis de serrage, sont insérés à l'intérieur de trous de fixation ménagés dans les flasques 42 et le corps de rotor 28. Les vis de 9 serrage 43 traversent ainsi de part en part l'ensemble formé par le corps de rotor 28 et les flasques 42. Des écrous de serrage 44 permettent de verrouiller l'ensemble. Dans une quatrième étape représentée à la figure 6d, on réalise une étape 5 de chauffage du rotor 12 de manière à polymériser la résine imprégnant le papier. A cet effet, le rotor 12 est placé à l'intérieur d'un four. La température est choisie de façon à être inférieure à la température susceptible d'altérer l'aimantation des aimants permanents 29. A la fin du procédé, une couche de résine 38 polymérisée correspondant à la 10 résine imprégnant les bandes de papier 50' est interposée entre les plus grandes faces des aimants permanents 29 et les faces internes de la cavité 30, ce qui permet d'assurer un maintien efficace des aimants à l'intérieur des cavités 30. En outre, il existe une couche de résine 38 disposée entre les faces en vis-à-vis de deux aimants 29 situés dans une même cavité 30, ce 15 qui permet de réduire les pertes par courants de Foucault. Dans le cas où les cavités 30 sont borgnes, un seul flasque 42 suffit pour fermer les cavités 30 avant de réaliser l'étape de chauffage. En variante, la bande de papier 50, 50' est perforée afin d'optimiser l'effet d'imprégnation de la résine. 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, REVENDICATIONS1. Machine électrique tournante (10), notamment pour véhicule automobile, comportant: - un stator (11), - un rotor (12) comportant: - un corps (28) comportant au moins une cavité (30), - au moins un aimant permanent (29) disposé dans la cavité (30), caractérisée en ce qu'une couche de résine (38) polymère recouvre 10 au moins une face de l'aimant permanent (29) de sorte à être interposée entre ladite face de l'aimant permanent (29) et une face interne de la cavité (30). 2. Machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche de résine (38) polymère recouvre au moins deux faces 15 de l'aimant permanent (29), notamment deux faces opposées l'une par rapport à l'autre. 3. Machine électrique tournante selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la couche de résine (38) polymère recouvre toutes les faces de l'aimant permanent (29). 20 4. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'une bande de papier (50) est enduite au moins partiellement de la couche de résine (38) polymère. 5. Procédé de fabrication d'une machine électrique tournante (10), notamment pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte: 25 - une étape de recouvrement d'au moins une face d'un aimant permanent (29) par une couche de résine (38) polymère, - une étape d'insertion de l'aimant permanent (29) dans une cavité (30) d'un rotor (12), de sorte que la couche de résine (38) est interposée entre ladite face de l'aimant permanent (29) et une face interne de la cavité 30 (30), et - une étape de chauffage du rotor (12) de manière à polymériser la 11 résine polymère. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que, préalablement à l'étape de chauffage, le procédé comporte une étape de fermeture de la cavité (30) par mise en place d'au moins un flasque (42). 5 7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que l'étape de recouvrement est effectuée par trempage de l'aimant permanent (29) dans un bain de résine polymère (40). 8. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que l'étape de recouvrement est effectuée par pulvérisation de résine polymère sur l'aimant permanent (29). 9. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que l'étape de recouvrement consiste à disposer une bande de papier (50, 50') enduite au moins partiellement de résine polymère autour de l'aimant permanent (29). 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la bande de papier (50, 50') présente une forme en U. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la bande de papier (50') est une bande individuelle disposée autour de l'aimant permanent (29). 12. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la bande de papier (50) est disposée autour d'une pluralité d'aimants permanents (29) destinés à être insérés à l'intérieur d'une même cavité (30). 13. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'aimant permanent (29) est emballé dans la bande de papier (50') de sorte que la bande de papier (50') recouvre toutes les faces de l'aimant permanent (29).