Brevet FR3072836A1 — publié le 20190426

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un rotor d'une machine polaire à griffes comportant un enroulement de rotor entouré par les doigts polaires de pôles à griffes pour générer un champ d'excitation et des aimants permanents. L'invention se rapporte également à une machine à griffes polaires équipée d'un tel rotor. Etat de la technique Le document DE 10 2015 111 480 Al décrit un rotor de machine à griffes polaires. Le rotor se compose d'un rotor principal mu- ni de façon connue en soi, de griffes polaires et d'un rotor auxiliaire au niveau des deux faces axiales frontales. Les rotors auxiliaires sont reliés solidairement en rotation au rotor principal et ils portent chacun des aimants permanents répartis dans la direction périphérique pour amé- liorer le flux magnétique. Les aimants permanents sont en forme d'aimants plats avec une aimantation axiale nord-sud par rapport à l'axe du rotor. Le rotor auxiliaire sur lequel sont fixés les aimants permanents est sous la forme d'un anneau de support en matière ferromagnétique. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour objet un rotor d'une machine polaire à griffes comportant un enroulement de rotor entouré par les doigts polaires de pôles à griffes pour générer un champ d'excitation et des aimants permanents, ce rotor étant caractérisé en ce que deux aimants permanents à aimantation dans la direction périphérique, dé- calés dans la direction périphérique sont associés à un ou plusieurs doigts polaires, dans la direction axiale à côté des doigts polaires, et un élément de guidage de flux magnétique est prévu entre les deux aimants permanents. En d'autres termes, l'invention a pour objet un rotor de machine à griffes polaires utilisé, par exemple, comme générateur ou comme moteur ou moteur de démarreur de véhicule et spécialement de véhicules automobiles. Le rotor est muni d'un enroulement entourant les doigts polaires des griffes polaires ; cet enroulement constitue l'enroulement d'excitation générant un champ magnétique d'excitation 2 lorsqu'il est alimenté en courant électrique ; ce champ d'excitation coopère avec les champs magnétiques des enroulements de stator. Pour améliorer et influencer le flux magnétique dans le rotor, on a des aimants permanents à côté des doigts polaires, dans la direction axiale 5 du rotor ; cette direction axiale est celle de l'axe de rotation. Des ai- mants permanents orientés dans la direction axiale sont prévus pour au moins l'un des doigts polaires et de préférence plusieurs et notamment tous les doigts polaires du rotor au niveau d'un ou des deux côtés du rotor. Les aimants ont une aimantation nord-sud dans la direction pé- 10 riphérique. A un doigt polaire sont associés précisément deux aimants dans la direction axiale à côté du doigt polaire ou au niveau de l'une des faces axiales frontales du rotor, ces aimants étant décalés dans la direction périphérique, notamment au niveau de la pointe des 15 doigts polaires ; les deux aimants permanents forment une paire ma- gnétique. L'aimantation des deux aimants permanents est choisie pour que les mêmes pôles des aimants permanents soient tournés l'un vers l'autre. Entre les aimants permanents associés à un doigt polaire on a de préférence un élément de guidage de flux magnétique, notamment 20 sans aimantation permanente (par exemple, un élément de guidage de flux magnétique comportant du fer et/ou du cobalt et/ou du nickel) et qui conduit le flux magnétique issu des aimants permanents et de l'enroulement d'excitation du rotor. L'élément de guidage de flux magnétique peut arriver 25 jusque directement sur les aimants permanents et être en contact avec ceux-ci. Suivant une variante, il subsiste un intervalle entre les aimants permanents et l'élément de guidage de flux magnétique. Les mêmes pôles des aimants permanents tournés l'un vers l'autre d'une paire d'aimants, dans la direction axiale à côté du 30 doigt polaire et l'élément de guidage de flux magnétique qui se situe entre eux, assurent une concentration de flux magnétique, ce qui améliore l'efficacité et le couple généré par la machine polaire à griffes. Cela permet également d'utiliser des faibles densités de flux rémanent et des aimants permanents économiques (par exemple des aimants en fer- 35 rites). 3 Il est avantageux qu'en fonctionnement de la machine électrique, les mêmes pôles des aimants permanents d'une paire d'aimants, tournés l'un vers l'autre présentent la même polarité que les doigts des griffes polaires. 5 Suivant une autre caractéristique avantageuse, les ai- mants permanents côté rotor sont disposés à une distance plus grande du champ du stator, ce qui réduit la charge thermique exercée sur les aimants permanents et diminue le risque de désaimantation. Le champ magnétique généré par l'enroulement d'excitation côté rotor est influen- 10 cé et partiellement renforcé par le champ magnétique entre les aimants permanents. Selon un développement avantageux, deux aimants permanents avec entre eux un élément de guidage de flux magnétique, notamment sans aimantation permanente, est prévu pour chaque doigt 15 polaire. De façon avantageuse, les deux aimants permanents d'une paire d'aimants et l'élément de guidage de flux magnétique situé dans l'intervalle se trouve au voisinage de la pointe d'un doigt polaire, notamment de manière symétrique de façon que la pointe du doigt polaire soit orientée vers le milieu de l'élément de guidage de flux magnétique 20 situé dans l'intervalle. Selon un autre développement avantageux, aux deux faces frontales opposées du rotor sont associés chaque fois des aimants permanents avec entre eux un élément de guidage de flux magnétique, notamment sans aimantation permanente, au voisinage de la pointe 25 respective des doigts polaires. Il est notamment avantageux d'associer deux aimants permanents avec entre eux un élément de guidage de flux magnétique au niveau de chaque côté axial frontal pour chaque doigt polaire. Le rotor présente notamment, au niveau de chaque face 30 frontale, un nombre d'aimants permanents double de celui des pointes des doigts polaires, c'est-à-dire une propre paire pour chaque pointe de doigt polaire. Entre la paire d'aimants permanents associée à un doigt polaire et la paire d'aimants permanents voisine associée au doigt po- 35 laire suivant, il y a, sur la face axiale frontale, un autre élément de gui- 4 dage de flux magnétique, en particulier sans aimantation permanente. Les aimants permanents des doigts polaires voisins de la même face frontale du rotor ont des côtés qui se font face avec la même aimantation. La zone chevauchée par un autre élément de guidage de flux ma- 5 gnétique est associée à une base de pôle, c'est-à-dire au segment de liaison entre le disque de roue polaire et un doigt polaire sur le côté axialement opposé à celui de la pointe du doigt polaire. Les éléments supplémentaires de guidage de flux magnétique entre les aimants de paires voisines créent dans la direction périphérique, une succession 10 continue, alternée, d'aimants permanents et d'éléments de guidage de flux magnétique. Ainsi, de façon avantageuse, tous les éléments de guidage de flux magnétique sont adjacents aux surfaces latérales en regard des aimants permanents. Selon un développement préférentiel, les deux faces 15 axiales frontales du rotor, au voisinage de chaque pointe de doigt po- laire, ont des paires d'aimants permanents avec entre eux un élément de guidage de flux magnétique, notamment sans aimantation permanente. De plus, comme décrit, d'autres éléments de guidage de flux magnétique se trouvent entre les paires d'aimants de doigts polaires 20 voisins. Selon un autre développement avantageux, chaque aimant permanent se poursuit axialement par une cavité réalisée dans le disque de la roue polaire et qui est le support des doigts polaires. La cavité forme une résistance au flux magnétique et sert ainsi à guider le 25 flux magnétique dans la zone voisine des aimants permanents. La cavité se poursuit notamment dans le côté radial intérieur des aimants permanents et s'étend le long du côté radial intérieur sur toute la longueur axiale des aimants permanents. Les aimants permanents se situent sur les faces frontales 30 du rotor. Les aimants permanents peuvent être prévus directement sur le rotor et être reliés à celui-ci notamment être intégrés dans les disques de roue polaire constituant les supports des doigts polaires. Suivant une variante, les aimants permanents, y compris les éléments de guidage de flux intermédiaire sont prévus sur un anneau complémentaire 35 de rotor, réalisé séparément et relié solidairement en rotation au rotor. 5 Cette réalisation avec la bague complémentaire de rotor a l'avantage d'offrir des possibilités de conception constructives plus importantes pour la disposition des aimants permanents et des éléments de guidage de flux magnétique. 5 De façon avantageuse, la bague complémentaire de rotor est en une matière non ferromagnétique de sorte que le champ magnétique n'est pas influencé par cette bague complémentaire de rotor. Selon un développement préférentiel, une bague complémentaire de rotor est prévue respectivement sur les deux faces axiales frontales du rotor, 10 cette bague portant les aimants permanents et les éléments de guidage de flux magnétique. La bague complémentaire de rotor est notamment montée sur l'axe du rotor. Les éléments de guidage de flux magnétique sont de préférence en fer ou contiennent du fer. 15 Les aimants permanents sont pratiquement ou exacte- ment de forme parallélépipédique. Dessins La présente invention sera décrite ci-après, de manière plus détaillées à l'aide de modes de réalisation de rotors de machine à 20 griffes polaires représentés dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue en perspective d'un rotor de machine à griffes polaires avec des aimants permanents et des éléments de guidage de flux magnétique dans leur intervalle au niveau d'une face frontale, 25 la figure 2 est une vue de côté du rotor, la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne de coupe III-III de la figure 2 avec en plus le tracé des lignes de flux magnétique, la figure 4 est une vue en coupe correspondant à la figure 3 avec un stator allongé dans la direction axiale, 30 la figure 5 est une vue d'un rotor selon les figures 1 et 2 avec des cavités supplémentaires dans un disque de roue polaire, qui se trouvent au voisinage du côté intérieur des aimants permanents, la figure 6 montre un rotor avec une bague complémentaire de rotor devant la face frontale, constituant le support des aimants 35 permanents et des éléments de guidage de flux magnétique, 6 la figure 7 est une vue en coupe de la machine à griffes polaires avec son rotor selon la figure 6. Dans les figures on utilisera les mêmes références pour désigner les mêmes éléments. 5 Description de modes de réalisation de l'invention Les figures 1 et 2 montrent le rotor d'une machine à griffes polaires, comprenant deux moitiés de roue polaire avec chaque fois un disque de roue polaire 2 sur le côté frontal et des doigts polaires 3, axiaux ; les doigts polaires 3 des deux moitiés de roue polaire 10 s'interpénètrent et ont une polarisation alternant dans la direction péri- phérique. L'aimantation est générée par un enroulement de rotor 5 qui développe le champ d'excitation. Les figures montrent le pôle Nord N et le pôle Sud S en alternance des doigts polaires 3. Les doigts polaires 3 entourent 15 l'enroulement d'excitation ou enroulement de rotor 5 porté par le noyau polaire du rotor 1 installé sur l'axe de rotor 6 (figures 3, 4, 7). L'axe de rotor porte la référence 7. Les deux faces frontales axialement opposées du rotor 1 ont chacune à côté de doigts polaires orientés dans la direction axiale, 20 des aimants permanents 8 décalés dans la direction périphérique avec entre eux un élément de guidage de flux magnétique 9. Chaque fois deux aimants permanents 8 forment une paire d'aimants qui est située axialement devant la pointe d'un doigt polaire 3. La paire d'aimants avec les aimants permanents 8 et l'élément de flux magnétique 9 dans 25 l'intervalle sont installés dans la direction radiale et dans la direction périphérique de façon que la pointe d'un doigt polaire 3 soit orientée au milieu sur un élément de guidage de flux magnétique 9 entre deux aimants permanents associés 8. L'aimantation des aimants permanents d'une paire d'aimants est orientée de façon que les mêmes pôles des 30 aimants permanents soient tournés l'un vers l'autre et que ces pôles correspondent à la polarité du doigt polaire 3 associé. Par exemple, une paire d'aimants dont les aimants permanents ont la polarité S (pôle Sud) vers l'élément de guidage de flux magnétique 9 qui se trouve dans l'intervalle, est située devant la pointe d'un doigt polaire S. 7 Des aimants permanents 10 supplémentaires qui amplifient le champ magnétique sont prévus entre deux doigts polaires 3 directement voisins et qui font partie de deux moitiés différentes de roue polaire, selon l'exemple de réalisation du rotor de la figure 1. Les ai- 5 mants permanents supplémentaires 10 se trouvent entre les côtés de doigts polaires voisins 3. L'exemple de réalisation du rotor 1 de la figure 2 ne comporte pas de tels aimants permanents entre des doigts polaires 36 directement voisins. D'autres éléments de guidage de flux magnétique 11 se 10 trouvent entre chaque fois deux paires d'aimants au dos d'un doigt po- laires 3 dans la région dite de la base du pôle qui correspond au passage du disque polaire 2 vers les doigts polaires 3. A la fois les éléments de guidage de flux magnétique 9 associés à une paire d'aimants et entre les deux aimants permanents 8 d'une paire d'aimants, on a également 15 d'autres éléments de guidage de flux magnétique 11 entre les paires d'aimants voisines pour guider le flux magnétique issu des aimants permanents et des enroulements alimentés pour le guider dans la direction des doigts polaires 3. La figure 3 montre une machine à griffes polaires 12 20 comportant un rotor 1 représenté en coupe selon la ligne de coupe III-III de la figure 2 ; il comporte un stator 13 périphérique avec un enroulement de stator 14. La figure 3 montre le tracé des lignes de flux magnétique qui sont influencées par les aimants permanents 8 et les éléments de guidage de flux magnétique 9 et 11. 25 La figure 4 correspond, pour l'essentiel, à l'exemple de réalisation de la figure 3 avec toutefois, un stator 13 (figure 4) plus long dans la direction axiale, ce qui influence le champ magnétique. Comme le montre la comparaison des figures 3 et 4, le mode de réalisation de la figure 4 a des lignes de champ magnétique supplémentaires ; ces lignes 30 de champ magnétique supplémentaires sont issues des aimants perma- nents 8 et s'étendent en direction des enroulements de stator 14. La figure 5 montre un autre exemple de réalisation d'un rotor 1 muni de paires d'aimants permanents 8 répartis dans la direction périphérique et des éléments de guidage de flux magnétique 9 entre 35 ces paires dans la direction périphérique. D'autres éléments de guidage 8 de flux magnétique 11 sont logés dans l'intervalle entre les aimants permanents 8 de paires d'aimants voisines. Une cavité 15 réalisée dans le disque de roue polaire 2 est prévue sur le côté radialement intérieur des aimants permanents 8 5 installés sur les disques de roue polaire 2 et fixée à ceux-ci. Les cavités 15 s'étendent dans la direction axiale sur la longueur des aimants permanents 8. Les cavités 15 ont pour fonction de constituer une résistance magnétique (résistance au flux magnétique) influençant ainsi le développement du champ magnétique. Les cavités 15 permettent de ré- 10 duire en particulier la dispersion non voulue des lignes de champ ma- gnétique. La figure 6 montre un autre exemple de réalisation d'un rotor 1 dont une face axiale frontale comporte une bague complémentaire de rotor 7 équipée d'aimants permanents 8 et d'éléments de gui- 15 dage de flux magnétique 9 et 11. La figure 7 montre ce rotor 11 d'une machine à griffes polaires 12 y compris le stator 13. La bague complémentaire de rotor 16 est en une matière non ferromagnétique de sorte qu'elle n'influence pas le flux magnétique. La bague complémentaire de rotor 16 porte les aimants permanents 8 et 20 les éléments de guidage de flux magnétique 9 et 11; elle est reliée au rotor 1 par des éléments de liaison 17 ; elle est notamment reliée au disque de roue polaire 2. Il peut être suffisant, comme le montre la figure 6 de n'avoir qu'une bague complémentaire de rotor 16 avec des aimants permanents 8 et des éléments de guidage de flux magnétique 9, 25 11 sur un seul côté du rotor 1. Suivant une variante de réalisation, les deux faces axiales frontales du rotor 1 comportent une bague complémentaire de rotor 16 avec des aimants permanents 8 et des éléments de guidage de flux magnétique 9, 11. Le positionnement relatif des aimants permanents 8 et 30 des éléments de guidage de flux magnétique 9 et 11 est fait comme dans les exemples de réalisation précédents. On réalise un blocage et un positionnement relatif de la bague complémentaire de rotor 16 par rapport au rotor 1 du fait que la bague complémentaire de rotor 16 est installée sur l'axe 6 du rotor 1. 9 Les aimants permanents 8 de tous les exemples de réalisation décrits ci-dessus sont de forme parallélépipédique et le plan médian des aimants permanents est dans la direction radiale, l'aimantation REVENDICATIONS1°) Rotor d'une machine polaire à griffes (12) comportant un enroulement de rotor (5) entouré par les doigts polaires des pôles à griffes pour générer un champ d'excitation et des aimants permanents (8, 10), rotor caractérisé en ce que deux aimants permanents (8) à aimantation dans la direction périphérique, décalés dans la direction périphérique, sont associés à un ou plusieurs doigts polaires (3), dans la direction axiale à côté des doigts polaires, et un élément de guidage de flux magnétique (9) est prévu entre les deux aimants permanents (8). 2°) Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que deux aimants permanents (8) avec entre eux un élément de guidage de flux magnétique (9), notamment sans aimantation permanente, est associé à chacun des doigts polaires (3), dans la direction axiale à côté du doigt polaire. 3°) Rotor selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que respectivement deux aimants permanents (8) avec une aimantation dans la direction périphérique avec entre eux chaque fois un élément de guidage de flux magnétique (9), notamment sans aimantation perma- nente sont associés à un ou plusieurs doigts polaires (3) au niveau des deux faces frontales du rotor (1). 4°) Rotor selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu' un autre élément de guidage de flux magnétique (11) est prévu entre deux aimants permanents (8), disposé dans la direction axiale à côté des doigts polaires et des doigts polaires voisins (3). 5°) Rotor selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que 12 les aimants permanents (8), y compris l'élément de guidage de flux magnétique (9) situé entre ceux-ci sont associés à un ou plusieurs doigts polaires (3), en étant prévus sur une bague complémentaire de rotor (16), cette bague étant solidaire en rotation du rotor (1). 5 6°) Rotor selon la revendication 5, caractérisé en ce que la bague complémentaire de rotor (16) est en une matière non ferromagnétique. 10 7°) Rotor selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les aimants permanents (8) se poursuivent axialement par une cavité (15) respective dans un disque de roue polaire (2), portant les doigts po- 15 laires (3). 8°) Rotor selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les éléments de guidage de flux magnétique (9, 11) sont en fer ou au 20 moins ils contiennent en partie du fer. 9°) Rotor selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu' un autre aimant permanent (10) est prévu dans l'intervalle entre deux 25 doigts polaires (3) directement voisins. 10°) Machine à griffes polaires comportant un rotor selon l'une des revendications 1 à 9, comportant un enroulement de rotor (5) entouré par les doigts polaires de pôles à griffes pour générer un champ d'excitation 30 et des aimants permanents (8, 10), et dont deux aimants permanents (8) à aimantation dans la direction périphérique, décalés dans la direction périphérique, sont associés à un ou plusieurs doigts polaires (3), dans la direction axiale à côté des doigts polaires, et un élément de guidage de flux magnétique (9) est prévu entre les 35 deux aimants permanents (8).