Brevet FR3069975A1 — publié le 20190208

I ROTOR DE MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE MUNI D'UNE PIÈCE DE MAINTIEN D'AIMANTS PERMANENTS SUIVANT TROIS DIMENSIONS La présente invention porte sur un rotor de machine électrique tournante muni d'une pièce de maintien d'aimants permanents suivant trois dimensions. 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 un bobinage. Le bobinage 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 en triangle dont les sorties sont reliées à un 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. Cela est susceptible d'engendrer la détérioration des aimants du fait des chocs entre les aimants et les faces internes des cavités lors du fonctionnement de la machine électrique, ou du fait des chocs entre deux aimants entre eux lors du fonctionnement de la machine électrique. 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 2 les aimants 3, un ressort 4 exerçant une force de maintien sur les aimants 3 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. 5 Toutefois, on s'est aperçu que lors des phases de changement de vitesse du rotor, il demeurait des chocs entre les aimants et les faces circonférentielles des cavités susceptibles de casser les aimants ou bien des chocs entre deux aimants entre eux aussi susceptibles de casser les aimants. L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant une 10 machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, comportant: - un stator, - un rotor comportant: - un corps comportant au moins une cavité, 15 - au moins un aimant permanent disposé dans la cavité, l'aimant permanent comportant au moins une portion parallélépipédique, caractérisée en ce que le rotor comporte au moins une pièce de maintien de l'aimant permanent comportant: - une première partie agencée pour exercer un premier effort de maintien sur 20 une première face de l'aimant permanent, - une deuxième partie agencée pour exercer un deuxième effort de maintien sur une deuxième face de l'aimant permanent, le deuxième effort étant perpendiculaire au premier effort de maintien, - une troisième partie agencée pour exercer un troisième effort de maintien 25 sur une troisième face de l'aimant permanent, le troisième effort de maintien étant perpendiculaire au premier effort de maintien et au deuxième effort de maintien. L'invention permet ainsi de maintenir l'aimant dans les trois dimensions de la cavité et donc de s'affranchir des déplacements de l'aimant dus aux jeux de 30 montage susceptibles d'engendrer sa détérioration. Selon une réalisation, les première, deuxième, et troisième parties de la pièce de maintien sont des lamelles ressorts. 3 Selon une réalisation, une lamelle ressort comporte au moins un bossage notamment situé en vis-à-vis d'une face de l'aimant permanent. Selon une réalisation, la pièce de maintien est une pièce monobloc. Selon une réalisation, la pièce de maintien est réalisée dans un matériau 5 amagnétique, notamment en acier inoxydable. Selon une réalisation, la pièce de maintien comporte une languette de rabat pour assurer un maintien de l'aimant permanent dans la cavité lors du montage d'un flasque de fermeture de la cavité. Selon une réalisation, le corps de rotor comporte une pluralité d'aimants 10 permanents disposés dans la cavité. Selon une réalisation, au moins deux des trois lamelles ressorts comportent autant de bossages que d'aimants permanents. Cela permet d'appliquer une force de maintien sur la face de chaque aimant en vis-à-vis de la lamelle ressort correspondante. 15 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, déjà décrite, est une vue en perspective éclatée d'un rotor muni de ressorts de maintien selon l'état de la technique; 20 La figure 2 est une vue en coupe de la machine électrique tournante selon la présente invention; La figure 3 est une vue en perspective partielle du rotor montrant par transparence le positionnement des pièces de maintien selon l'invention à l'intérieur des cavités d'aimants; 25 Les figures 4a et 4b sont des vues en perspective d'une pièce de maintien selon la présente respectivement avant et après que la languette de rabat ait été repliée. 4 Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même 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 5 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 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 10 palier de la machine électrique correspondant. Le stator 11 comporte un corps 24 constitué par un empilage de tôles minces 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 15 d'éléments conducteurs en forme d'épingles reliées entre elles par soudage. Le bobinage comporte des enroulements polyphasés connectés en étoile ou en triangle dont les sorties sont reliées à un pont redresseur. 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, 20 notamment en acier, ainsi qu'une pluralité d'aimants permanents 29 destinés à être logés dans des cavités 30 du corps de rotor 28. 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, 25 ou boutonnage. Le corps de rotor 28 comporte une ouverture centrale 35 pour le passage de l'arbre 13 s'étendant suivant l'axe X correspondant à l'axe de la machine électrique 10. 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. 30 Plus précisément, les cavités 30 pourront être axialement traversantes ou de configuration borgne, c'est à dire qu'elles débouchent d'un seul côté axial du 5 corps. Dans un plan P de coupe perpendiculaire à l'axe X, le plus grand côté d'une cavité s'étend suivant une direction radiale par rapport à l'axe X. En variante, les cavités 30 s'étendent suivant une direction orthoradiale par rapport à l'axe X. Alternativement, deux cavités adjacentes forment un V 5 dans le plan orthogonal P. Chaque cavité 30 reçoit une pluralité d'aimants 29 empilés axialement les uns sur les autres. En l'occurrence, chaque cavité 30 reçoit quatre aimants 29 de forme parallélépipédique. En variante, le nombre d'aimants 29 pourra bien entendu être différent. Un aimant 29 unique peut également être inséré 10 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 électrique 10. Les aimants 29 présentent une forme parallélépipédique mais pourraient en variante comporter en outre une portion biseauté à une de leurs extrémités. 15 Comme on peut le voir sur la figure 3, une pièce 37 assure un maintien des aimants 29 à l'intérieur de la cavité 30 correspondante. Cette pièce de maintien 37 est réalisée avantageusement dans un matériau amagnétique, notamment en acier inoxydable. Cette pièce de maintien 37 comporte une première partie 38 agencée pour 20 exercer un premier effort de maintien F1 sur une première face des aimants 29. Ce premier effort de maintien F1 est appliqué suivant une direction radiale vers une périphérie externe du corps de rotor 28. A cet effet, comme cela est illustré sur les figures 4a et 4b, la première partie 38 prend la forme d'une lamelle ressort munie de bossages 39 situés chacun 25 en vis-à-vis d'un aimant 29. La lamelle ressort 38 est située du côté de la périphérie interne du rotor 12 et est intercalée entre les aimants 29 de la cavité 30 et une face interne d'appui de la cavité 30 tournée vers la périphérie externe du corps de rotor 28. Chaque bossage 39 est comprimé à l'intérieur de la cavité 30 et applique par réaction sur un aimant 29 30 correspondant un effort F1 suivant une direction radiale par rapport à l'axe X. Une deuxième partie 40 est agencée pour exercer un deuxième effort de maintien F2 sur une deuxième face d'un aimant 29 d'extrémité de la cavité 6 30. Le deuxième effort de maintien F2 est perpendiculaire au premier effort F1. A cet effet, la deuxième partie 40 prend la forme d'une lamelle ressort munie d'un bossage 41 pour l'application d'un effort de maintien axial F2 sur 5 l'empilement d'aimants 29 à l'intérieur de la cavité 30 correspondante. La lamelle ressort 40 s'étend sensiblement perpendiculairement par rapport à la direction d'allongement longitudinale de la lamelle ressort 38. Le bossage 41 est destiné à être comprimé entre un aimant 29 d'extrémité de l'empilement et un flasque de fermeture 48 pour l'application par réaction de 10 l'effort de maintien axial F2. En variante, la lamelle ressort 40 comporte deux bossages 41 ou plus. Une troisième partie 42 est agencée pour exercer un troisième effort de maintien F3 sur une troisième face des aimants 29 de la cavité 30. Le troisième effort de maintien F3 est perpendiculaire au premier F1 et au 15 deuxième F2 effort de maintien. A cet effet, la troisième partie 42 prend la forme d'une lamelle ressort munie de bossages 43 situés chacun en vis-à-vis d'un aimant 29 de la cavité. La lamelle ressort 42 est intercalée entre les aimants 29 de la cavité 30 et une face interne d'appui orthoradiale de la cavité 30. Chaque bossage 43 est 20 comprimé à l'intérieur de la cavité 30 et applique par réaction sur un aimant 29 correspondant un effort F3 suivant une direction orthoradiale par rapport à l'axe X de la machine électrique 10. Avantageusement, les lamelles ressorts 38, 40, 42 sont formées à partir de la transformation, par emboutissage, estampage, ou autre, d'une même 25 pièce en métal, de sorte que la pièce de maintien 37 est monobloc. Suivant l'exemple représenté, la deuxième lamelle ressort 40 est pliée par rapport la première lamelle ressort 38 de manière à présenter globalement une forme en L. La troisième lamelle ressort 42 est issue d'un bord longitudinal de la deuxième lamelle ressort 40, tel que cela est montré sur les figures 4a et 4b. 7 Avantageusement, la pièce de maintien 37 comporte une languette de rabat 45 pour permettre le maintien des aimants 29 permanents dans la cavité 30 lors du montage d'un flasque de fermeture 48 de la cavité 30. En effet, un flasque de fermeture 48 visible sur la figure 2, est mis en place 5 sur chaque face d'extrémité axiale du corps de rotor 28 afin de fermer une extrémité des cavités 30. A cet effet, des organes de fixation 49, tels que des vis de serrage, sont insérés à l'intérieur de trous de fixation ménagés dans les flasques 48 et le corps de rotor 28. Avantageusement, les flasques de fermeture 48 sont réalisés dans un matériau non magnétique présentant une 10 grande rigidité mécanique, par exemple en acier amagnétique. Ces flasques 48 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, tandis que l'ajout de matière peut être 15 effectué en implantant des éléments dans des ouvertures prévues à cet effet et réparties suivant la circonférence du flasque 48. On décrit ci-après le procédé d'assemblage du rotor 12 consistant d'une part à mettre en position le flasque 48 inférieur puis, à mettre en place l'ensemble formé par l'arbre 13 et le corps de rotor 28. 20 Les pièces de maintien 37 sont ensuite insérées dans les cavités 30 de telle façon que la première lamelle ressort 38 vienne en appui contre la face de la cavité 30 situé du côté de l'arbre 13 du rotor 12, que la deuxième lamelle ressort 40 vienne en appui contre la face d'extrémité du flasque inférieur 48, et que la troisième lamelle ressort 42 vienne en appui contre une face 25 orthoradiale de la cavité 30. Les aimants 29 sont insérés par paquets à l'intérieur des cavités 30 de manière à comprimer les bossages 39, 43 des première et troisième lamelles ressort 38, 42 pour appliquer les efforts de maintien F1 et F3 sur l'empilement d'aimants 29. 30 Les languettes de rabat 45 sont ensuite repliées pour maintenir les aimants lors de l'opération de fixation du flasque supérieur 48. La fermeture de la cavité 30 par le flasque supérieur 48 a pour effet de comprimer le bossage 8 41 de la deuxième lamelle ressort 40 pour appliquer l'effort de maintien axial F2 sur les aimants 29. La pièce de maintien 37 assure ainsi le maintien des aimants 29 permanents dans les trois directions (axiale, radiale et orthoradiale), ce qui limite leur 5 déplacement à l'intérieur de la cavité 30 et donc le risque de casse lors des phases de brusque changement de vitesse du rotor 12. Une telle limitation du déplacement des aimants 29 permanents à l'intérieur de la cavité 30 limite les impacts sur l'équilibrage du rotor lors des phases de brusque changement de vitesse de ce dernier ou lors des vibrations dans les trois 10 directions mentionnées ci-dessus. 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 15 réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les 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), l'aimant permanent (29) comportant au moins une portion parallélépipédique, caractérisée en ce que le rotor (12) comporte au moins une pièce de maintien (37) de l'aimant permanent (29) comportant: - une première partie (38) agencée pour exercer un premier effort de maintien (F1) sur une première face de l'aimant permanent (29), - une deuxième partie (40) agencée pour exercer un deuxième effort de maintien (F2) sur une deuxième face de l'aimant permanent (29), le deuxième effort (F2) étant perpendiculaire au premier effort de maintien (F1), - une troisième partie (42) agencée pour exercer un troisième effort de maintien (F3) sur une troisième face de l'aimant permanent (29), le troisième effort de maintien (F3) étant perpendiculaire au premier effort de maintien (F1) et au deuxième effort de maintien (F2). 2. Machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce que les première, deuxième, et troisième parties (38, 40, 42) de la pièce de maintien (37) sont des lamelles ressorts. 3. Machine électrique tournante selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'une lamelle ressort (38, 40, 42) comporte au moins un bossage (39, 41, 43) notamment situé en vis-à-vis d'une face de l'aimant permanent (29). 4. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la pièce de maintien (37) est une pièce monobloc. 5. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la pièce de maintien (37) est 10 réalisée dans un matériau amagnétique, notamment en acier inoxydable. 6. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la pièce de maintien (37) comporte une languette de rabat (45) pour assurer un maintien de l'aimant 5 permanent (29) dans la cavité (30) lors du montage d'un flasque de fermeture (48) de la cavité (30). 7. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le corps de rotor (28) comporte une pluralité d'aimants permanents (29) disposés dans la cavité (30). 10 8. Machine électrique tournante selon les revendications 3 et 7, caractérisée en ce qu'au moins deux des trois lamelles ressorts (38, 40, 42) comportent autant de bossages que d'aimants permanents (29).