Brevet FR3062755A1 — publié le 20180810

ASSEMBLAGE AMÉLIORÉ D'UN ROTOR DE MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE La présente invention porte sur un assemblage amélioré d'un rotor de machine électrique tournante. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, avec les machines électriques réversibles de forte puissance pouvant fonctionner en mode alternateur et en mode moteur accouplées avec un élément hôte, tel qu'une boîte de vitesses. 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 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 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. Ces enroulements traversent les encoches du corps du stator et forment des chignons faisant saillie de part et d'autre du corps du stator. 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 3062755 2 du corps. En outre, deux flasques sont disposés à chaque extrémité axiale du corps afin d'assurer la retenue des aimants. Les flasques sont généralement des flasques en aluminium fixés par vissage sur les faces d'extrémité axiale du corps de rotor. Une telle configuration 5 présente toutefois un encombrement axial ainsi qu'un poids importants. La présente invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un rotor de machine électrique tournante pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte: - un corps formé par un paquet de tôles réalisé dans un matériau 10 magnétique, notamment en acier, - une pluralité d'aimants permanents logés dans des cavités du corps, - deux flasques en acier amagnétique disposés à chaque extrémité axiale du corps, - une pluralité d'organes de fixation, chaque organe de fixation traversant à la 15 fois les flasques et le corps pour maintenir ensemble les flasques et les tôles du paquet de tôles. L'invention permet ainsi, grâce à l'assemblage du rotor au moyen d'organes de fixation traversant l'ensemble corps de rotor et flasques, de réduire la longueur axiale ainsi que le poids du rotor. Un tel assemblage est rendu 20 possible par le fait que l'on dispose d'une interface acier/acier entre le rotor et les flasques réduisant ainsi les risque de déformation lors de la dilatation de l'ensemble alors que l'on observe des déformations lors de l'application d'un couple de serrage sur un flasque usuel réalisé en aluminium. Selon une réalisation, les tôles du paquet de tôles sont collées entre elles. 25 Cela permet de faciliter la manipulation du paquet lors du transport avant montage final avec les flasques et l'arbre. Selon une réalisation, les organes de fixation sont des rivets. Selon une réalisation, les organes de fixation sont réalisés dans un matériau magnétique. 30 Selon une réalisation, les organes de fixation sont réalisés dans un matériau amagnétique. 3062755 3 Selon une réalisation, le corps de rotor et les flasques comportent une ouverture centrale pour le passage d'un arbre. Selon une réalisation, ledit rotor est du type à concentration de flux. Les aimants permanents sont alors implantés radialement ou suivant une 5 configuration en V à l'intérieur du paquet de tôles. Selon une réalisation, les aimants permanents s'étendent ortho-radialement à l'intérieur des cavités du corps de rotor. Selon un autre aspect, l'invention a pour objet une machine électrique tournante caractérisée en ce qu'elle comporte un rotor tel que précédemment 10 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 est une vue en coupe longitudinale d'une machine électrique 15 tournante selon la présente invention; La figure 2 est une vue en perspective du rotor selon la présente invention monté sur un arbre de la machine électrique tournante sans les flasques de maintien des aimants; La figure 3 est une vue en perspective du rotor selon la présente invention 20 monté sur un arbre de la machine électrique tournante avec les flasques de maintien des aimants; La figure 4 est une vue en perspective détaillée du rotor illustrant la configuration d'un flasque selon la présente invention; Les figures 5a et 5b sont des vues en perspective respectivement des 25 flasques avant et arrière du rotor selon la présente invention. Les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent la même référence d'une figure à l'autre. 306 2 7 5 5 4 Dans la suite de la description, on entend par un élément "avant", un élément situé du côté du pignon porté par l'arbre de la machine et par élément "arrière" un élément situé du côté opposé. La figure 1 montre une machine électrique tournante 10 comportant un stator 5 11 polyphasé entourant un rotor 12 monté sur un arbre 13 d'axe X. Le stator 11 entoure le rotor 12 avec présence d'un entrefer entre la périphérie interne du stator 11 et la périphérie externe du rotor 12. Le stator 11 est monté dans un carter 14 muni d'un palier avant 17 et d'un palier arrière 18 portant à rotation l'arbre 13. A cet effet, des roulements 15 sont intercalés entre l'arbre 10 13 et les paliers 17, 18. Le roulement 15 montré sur la figure 3 est associé à un porte-cible 21 solidaire de la bague interne du roulement 15 pour permette un suivi de la position angulaire du rotor 12. Cette machine électrique 10 pourra être accouplée, via un pignon 16, à une boîte de vitesses appartenant à une chaîne de traction de véhicule 15 automobile. Afin d'assurer une liaison en rotation entre l'arbre 13 et le pignon 16, un montage à cannelures 22 de forme complémentaire pourra intervenir entre ces deux éléments, tel que montré sur les figures 2 et 3. La machine 10 est apte à fonctionner dans un mode alternateur pour fournir notamment de l'énergie à la batterie et au réseau de bord du véhicule, et 20 dans un mode moteur, non seulement pour assurer le démarrage du moteur thermique du véhicule, mais également pour participer à la traction du véhicule seule ou en combinaison avec le moteur thermique. La puissance de la machine 10 pourra être comprise entre 15kW et 50kW. Plus précisément, le stator 11 comporte un corps 19 constitué par un paquet 25 de tôles ainsi qu'un bobinage 20. Le corps 19 est formé par un empilement de feuilles de tôles maintenues sous forme de paquet au moyen d'un système de fixation adapté. Ce corps 19 est muni de dents délimitant deux à deux des encoches pour le montage du bobinage 20. Le bobinage 20 comporte un ensemble d'enroulements de phase traversant 30 les encoches et formant des chignons s'étendant en saillie de part et d'autre du corps de stator 19. Les enroulements de phase sont obtenus ici à partir d'éléments conducteurs en forme d'épingles reliés entre eux par exemple par 3 0 6 2 7 5 5 5 soudage. Ces enroulements sont par exemple des enroulements triphasés connectés en étoile ou en triangle. Les sorties des enroulements de phase sont reliées à un onduleur pouvant fonctionner également si besoin en pont redresseur. 5 Par ailleurs, comme cela est illustré sur les figures 2, 3, et 4, le rotor 12 comporte un corps 23 formé par un paquet de tôles réalisé dans un matériau magnétique, notamment en acier, ainsi qu'une pluralité d'aimants permanents 24 logés dans des cavités 25 du corps 23. Deux flasques 27, 28, réalisés avantageusement en acier amagnétique, sont disposés à chaque 10 extrémité axiale du corps 23, tel que montré sur la figure 3. De préférence, les tôles 30 du paquet de tôles empilées axialement pourront être collées entre elles afin de faciliter la manipulation du paquet lors du transport avant montage final avec les flasques 27, 28 et l'arbre 13. Les aimants permanents 24 pourront être implantés à l'intérieur des cavités 15 25 suivant une configuration en V (cf. figure 2) ou être implantés radialement à l'intérieur du paquet de tôles 23, les faces latérales en vis-à-vis de deux aimants 24 consécutifs étant de même polarité. Le rotor 12 est alors du type à concentration de flux. Alternativement, les aimants permanents 24 s'étendent ortho-radialement à 20 l'intérieur des cavités 25 du corps 23. Les aimants 24 pourront être en terre rare ou en ferrite selon les applications et la puissance recherchée de la machine 10. Le corps de rotor 23 et les flasques 27, 28 comportent chacun une ouverture centrale 31 pour le passage de l'arbre 13. Cet arbre 13 comporte un tronçon 25 emmanché dans l'ouverture du corps de rotor 23 afin de lier en rotation le corps de rotor 23 à l'arbre 13. En outre, comme cela est visible sur la figure 3, les flasques 27, 28 et le corps de rotor 23 comportent des trous de fixation 34 traversants autorisant le passage d'organes de fixation 35 correspondants. Les trous de fixation 34 30 du corps de rotor 23 sont situés en coïncidence avec les trous de fixation 34 des flasques 27, 28 correspondants. 3062755 6 Chaque organe de fixation 35 traverse axialement à la fois les flasques 27, 28 ainsi que le corps 23 pour maintenir ensemble les flasques 27, 28 et les tôles 30 du corps 23. De préférence, les organes de fixation 35 sont des rivets. Les rivets 35 5 prennent la forme d'une tige allongée munie d'une tête à une de ses extrémités. L'autre extrémité de la tige pourra être écrasée par exemple par bouterollage après avoir été enfilée à travers l'ensemble flasques 27, 28 et corps de rotor 23. En variante, l'extrémité libre est filetée et l'ensemble flasques 27, 28 et corps de rotor 23 est maintenu au moyen d'un écrou vissé 10 sur l'extrémité filetée. Les organes de fixation 35 sont réalisés dans un matériau magnétique ou dans un matériau amagnétique. Par ailleurs, comme on peut le voir sur les figures 4, 5a, et 5b, chaque flasque 27, 28 comporte une pluralité de trous de guidage 37 traversant réalisés à l'avance dans les flasques 27, 28 pour autoriser le passage d'un 15 outil, de type perceuse, adapté à réaliser un trou d'équilibrage 38 borgne débouchant sur une face d'extrémité axiale du corps 23. En l'occurrence, les trous de guidage 37 sont disposés suivant une même circonférence et espacés angulairement entre eux de façon régulière. Les trous de guidage 37 sont réalisés suivant un diamètre inférieur à celui suivant 20 lequel sont réalisés les trous de fixation 34. Toute autre disposition des trous de guidage 37 adaptée à l'application pourrait toutefois être envisagée. En fonction du besoin d'équilibrage, certains trous de guidage 37 parmi l'ensemble seront utilisés pour réalisés des trous d'équilibrage 38 borgnes correspondants dans le corps de rotor 23, tel que montré sur la figure 4. 25 Ainsi, une fois l'équilibrage du rotor 12 réalisé, chaque trou d'équilibrage 38 est coaxial au trou de guidage 37 correspondant. En outre, sur la totalité des trous de guidage 37, une partie seulement débouche dans un trou d'équilibrage 38 correspondant, les autres trous de guidage 37 n'ayant pas été utilisé pour l'équilibrage du rotor 12. 30 Les trous d'équilibrage 38 sont situés de chaque côté axial du corps de rotor 23 en étant diamétralement opposés à ceux réalisés de l'autre côté axial du corps de rotor 23. 3062755 7 Les flasques 27, 28 comportent également de préférence un moyen d'indexage 40 pour être indexé angulairement par rapport au corps 23 de rotor 23. Lorsque le flasque 27, 28 et le corps 23 sont indexés angulairement l'un par rapport à l'autre, les axes Y des trous de guidage 37 coupent le 5 corps 23 à l'extérieur des cavités 25 de réception des aimants 24. Cela permet d'éviter d'endommager les aimants permanents 24 lors du perçage des trous d'équilibrage 38. Le moyen d'indexage 40 est de préférence constitué par les trous de fixation 34 autorisant le passage des rivets 35 pour la fixation des flasques 27, 28 sur 10 le corps de rotor 23. En effet, lorsque les trous de fixation 34 sont traversés par les organes de fixation 35 correspondants, on garantit un positionnement angulaire correct des flasques 27, 28 évitant une interférence entre les trous d'équilibrage 38 et les aimants permanents 24. Comme cela est représenté sur la figure 5a, le flasque avant 27 pourra 15 également comporter des formes 41 de réception des ressorts de maintien des aimants permanents 24. En variante, les moyens de guidage de l'outil pour la réalisation des trous d'équilibrage 38 pourront consister en des marques réalisées sur une face externe des flasques 27, 28. 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 (12) de machine électrique tournante (10) pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte: - un corps (23) formé par un paquet de tôles (30) réalisé dans un matériau magnétique, notamment en acier, - une pluralité d'aimants permanents (24) logés dans des cavités (25) du corps (23), - deux flasques (27, 28) en acier amagnétique disposés à chaque extrémité axiale du corps (23), - une pluralité d'organes de fixation (35), chaque organe de fixation (35) traversant à la fois les flasques (27, 28) et le corps (23) pour maintenir ensemble les flasques (27, 28) et les tôles (30) du paquet de tôles. 2. Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tôles (30) du paquet de tôles sont collées entre elles. 3. Rotor selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les organes de fixation (35) sont des rivets. 4. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les organes de fixation (35) sont réalisés dans un matériau magnétique. 5. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les organes de fixation (35) sont réalisés dans un matériau amagnétique. 6. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le corps de rotor (23) et les flasques (27, 28) comportent une ouverture centrale (31) pour le passage d'un arbre (13). 7. Rotor selon l'une quelconque des revendication 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est du type à concentration de flux. 3062 75 5 9 8. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les aimants permanents (24) s'étendent ortho-radialement à l'intérieur des cavités (25) du corps de rotor (23). 9. Machine électrique tournante (10) caractérisée en ce qu'elle 5 comporte un rotor (12) tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes.