Brevet FR3080719A1 — publié le 20191101

ROTOR DE MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE À AIMANTS PERMANENTS SURFACIQUES L'invention porte sur un rotor de machine électrique tournante à aimants permanents surfaciques. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, avec les compresseurs électriques de véhicule automobile. De façon connue en soi, les machines électriques tournantes comportent un stator et un rotor solidaire d'un arbre. Le rotor peut être solidaire d'un arbre menant et/ou mené et peut 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. Comme on peut le voir sur la figure 1, le stator 1 comporte un corps 2 constitué par un empilage de tôles minces formant une culasse 3 en forme de couronne dont la face intérieure est pourvue d'encoches 4 ouvertes vers l'intérieur pour recevoir un bobinage 5. Le bobinage 5 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. Alternativement, le bobinage est constitué par des bobines enroulées autour des dents du stator. Le bobinage comporte plusieurs phases connectées en étoile ou en triangle dont les sorties sont reliées à une électronique de commande. Par ailleurs, dans une configuration connue de rotor 6 à aimants surfaciques, des aimants permanents 7 sont disposés sur une périphérie externe d'un anneau 8 monté sur un arbre 9. En outre, une pièce tubulaire de maintien 10 est disposée autour des aimants 7 afin de les maintenir en position. Le montage de la pièce tubulaire de maintien 10 est généralement réalisé via un procédé de frettage faisant intervenir par exemple un composant chimique, tel que de l'azote, pour faire varier le coefficient de dilatation de la pièce tubulaire 10. Cela nécessite toutefois de réaliser des opérations longues et couteuses lors de l'assemblage du rotor 6. 2 L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un rotor de machine électrique tournante destinée à être utilisée dans un véhicule automobile, ledit rotor comportant: - un anneau muni d'une ouverture de passage d'un arbre, 5 - des aimants permanents disposés sur une périphérie externe dudit anneau, - une pièce tubulaire de maintien disposée autour des aimants pour maintenir lesdits aimants permanents, caractérisé en ce que ledit rotor comporte des évidements ménagés dans l'anneau, un évidement définissant une paroi flexible apte à assurer par 10 déformation élastique un effort radial sur un aimant correspondant pour le maintenir serré entre l'anneau et la pièce tubulaire de maintien. L'invention permet ainsi, grâce à la réalisation des évidements dans l'anneau, d'éviter la réalisation des étapes de frettage de la pièce de maintien. L'invention permet ainsi de faciliter la fabrication du rotor tout en 15 réduisant son coût de revient. Selon une réalisation, ledit rotor comporte au moins un évidement par aimant permanent. Selon une réalisation, les aimants permanents présentent une forme courbe épousant une courbure de l'anneau. 20 Selon une réalisation, l'anneau comporte des pattes de guidage des aimants. Selon une réalisation, les pattes de guidage sont disposées circonférentiellement de part et d'autre de chaque aimant, de sorte qu'il existe ainsi une alternance d'aimants permanents et de pattes de guidage suivant une circonférence du rotor. 25 Selon une réalisation, l'anneau est réalisé dans un matériau magnétique feuilleté. Selon une réalisation, l'anneau est réalisé dans un matériau à base d'acier. Selon une réalisation, la pièce tubulaire de maintien est réalisée dans un matériau paramagnétique. 3 Selon une réalisation, la pièce tubulaire de maintien est réalisée dans un matériau à base de résine renforcée par des fibres. Selon une réalisation, ledit rotor comporte au moins quatre aimants permanents. 5 L'invention a également pour objet une machine électrique tournante 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. 10 La figure 1, déjà décrite, est une représentation schématique d'une machine électrique tournante selon l'état de la technique; La figure 2 est une vue en coupe d'un compresseur électrique comportant une machine électrique tournante selon la présente invention; La figure 3 montre une représentation schématique d'un rotor de machine 15 électrique tournante selon la présente invention. La figure 2 montre un compresseur électrique 11 permettant de compenser au moins en partie la perte de puissance des moteurs thermiques de cylindrée réduite utilisés sur de nombreux véhicules automobiles pour en diminuer la consommation et les émissions de particules polluantes (principe 20 dit de "downsizing" an anglais). Le compresseur 11 comporte une turbine 12 munie d'ailettes 13 apte à aspirer, via une entrée 14, de l'air non-comprimé issu d'une source d'air (non représentée) et à refouler de l'air comprimé via la sortie 15 après passage dans une volute référencée 16. La sortie 15 pourra être reliée à un répartiteur (non représenté) situé en amont du moteur 25 thermique afin d'optimiser le remplissage des cylindres du moteur thermique. En l'occurrence, l'aspiration de l'air est réalisée suivant une direction axiale, c'est-à-dire suivant l'axe X1 de la turbine 12, et le refoulement est réalisé suivant une direction radiale perpendiculaire à l'axe X1 de la turbine 12. En variante, l'aspiration est radiale, tandis que le refoulement est axial. 4 Alternativement, l'aspiration et le refoulement sont réalisés suivant une même direction par rapport à l'axe de la turbine (axiale ou radiale). A cet effet, la turbine 12 est entraînée par une machine électrique 17 montée à l'intérieur du carter 18. Cette machine électrique 17 comporte un stator 19, 5 qui pourra être polyphasé, entourant un rotor 20 à aimants permanents. La périphérie interne du stator 19 et la périphérie externe du rotor 20 sont séparés entre eux par un entrefer 21. Ce stator 19 est monté dans le carter 18 configuré pour porter à rotation un arbre 22 par l'intermédiaire de roulements 23. L'arbre 22 est lié en rotation avec la turbine 12 ainsi qu'avec 10 le rotor 20. Le stator 19 est de préférence monté dans le carter 18 par frettage. Afin de minimiser l'inertie de la turbine 2 lors d'une demande d'accélération de la part du conducteur, la machine électrique 17 présente un temps de réponse court compris entre 100 ms et 600 ms, notamment compris entre 15 200 ms et 400 ms, par exemple étant de l'ordre de 250ms pour passer de 0 ou 5000 à 70000 tours/min. De préférence, la tension d'utilisation est de 12V ou 48V. De préférence, la machine électrique 17 est apte à fournir un pic de courant, c'est-à-dire un courant délivré sur une durée continue inférieure à 3 secondes, compris entre 150 A et 500 A, notamment entre 180 A et 250 A. 20 En variante, la machine électrique 17 est apte à fonctionner en mode alternateur, ou est une machine électrique de type réversible. Comme on peut le voir sur la figure 3, le rotor 20 d'axe X2 comporte un anneau 25 muni d'une ouverture de passage 26 d'un arbre. L'anneau 25 est lié en rotation avec l'arbre par exemple par emmanchement en force. 25 L'anneau 25 est réalisé dans un matériau magnétique feuilleté. L'anneau 25 est réalisé par exemple dans un matériau à base d'acier. Les feuilles de tôle de l'anneau 25 sont par exemple maintenues par des organes de fixation, tel que des rivets, pour formation d'un ensemble manipulable et transportable. A cet effet, les rivets sont insérés à l'intérieur de trous de fixation 30 correspondant réalisés dans l'anneau 25. En variante, les tôles sont maintenues grâce à des agrafes ou des boutons, ou encore par soudure laser, ou par collage des tôles entre elles. 5 Des aimants permanents 28 sont disposés sur une périphérie externe de l'anneau 25. Les aimants permanents 28 présentent une forme courbe épousant une courbure de l'anneau 25 et de la pièce de maintien tubulaire 29 décrite plus en détails ci-après. Les aimants 28 présentent ainsi une 5 forme de tuile en section avec une périphérie interne et une périphérie externe courbées respectivement suivant un rayon de courbure de l'anneau 25 et suivant un rayon de courbure de la pièce de maintien 29. En l'occurrence, on utilise quatre aimants permanents 28 mais ce nombre pourra varier en fonction du nombre de pôles souhaité dans la machine 10 électrique 17. Les aimants 28 pourront être en terre rare ou en ferrite selon la puissance recherchée de la machine électrique 17. Avantageusement, l'anneau 25 comporte des pattes de guidage 31 des aimants 28 disposées circonférentiellement de part et d'autre de chaque 15 aimant 28. Ces pattes 31 s'étendent en saillie radiale pour assurer un maintien circonférentiel des aimants 28. Il existe ainsi une alternance d'aimants 28 et de pattes de guidage 31 suivant une circonférence du rotor 20. En outre, une pièce tubulaire de maintien 29 est disposée autour des 20 aimants 28 pour les maintenir en position. La pièce de maintien 29 est coaxiale avec l'anneau 25. La pièce de maintien 29 est réalisée dans un matériau paramagnétique. La pièce de maintien 29 est réalisée par exemple dans un matériau à base de résine renforcée par des fibres. Lorsque le rotor 20 est à l'état non contraint, c'est-à-dire lorsque la pièce de maintien 29 n'est 25 pas encore disposée autour de l'ensemble "anneau 25 et aimants 28" un diamètre interne de la pièce tubulaire 29 est légèrement inférieur à un diamètre externe de l'ensemble "anneau 25 et aimants 28". Des évidements 32 sont ménagés dans l'anneau 25. Un évidement 32 définit une paroi flexible 33 en périphérie externe de l'anneau 25 apte à assurer par 30 déformation élastique un effort radial sur un aimant 28 correspondant pour le maintenir serré entre l'anneau 25 et la pièce tubulaire de maintien 29. Avantageusement, on prévoit au moins un évidement 32 par aimant permanent 28. 6 On décrit ci-après le procédé de montage du rotor 20 selon l'invention. Dans un premier temps, les aimants 28 sont positionnés autour de l'anneau 25. Chaque aimant 28 est disposé entre deux pattes de guidage 31 consécutives. Les aimants 28 sont ensuite poussés radialement vers 5 l'intérieur à l'aide d'un outil de montage, de manière à réduire le diamètre externe de l'ensemble "anneau et aimants" pour permettre l'emmanchement de la pièce de maintien 29. Les parois flexibles 33 sont déformées vers l'intérieur des évidements 32. Puis la pièce tubulaire 29 est disposée autour de l'ensemble tandis que l'outil 10 de montage est retiré. Les parois flexibles 33 exercent alors par réaction, du fait de leur déformation, un effort radial sur un aimant 28 correspondant. Les parois flexibles 33 permettent ainsi de maintenir serrés les aimants 28 entre l'anneau 25 et la pièce tubulaire 29. Par ailleurs, le stator 19 utilisé avec la machine électrique 17 pourra être un 15 stator standard comportant un corps 35 et un bobinage 36, tel que montré sur la figure 2. Le corps de stator 35 consiste en un empilement axial de tôles planes. Les tôles sont maintenues par des organes de fixation, tel que des rivets, pour formation d'un ensemble manipulable et transportable. A cet effet, les rivets sont insérés à l'intérieur de trous de fixation correspondant 20 réalisés dans le corps de stator. En variante, les tôles sont maintenues grâce à des agrafes ou des boutons, ou encore par soudure laser, ou par collage des tôles entre elles. Le corps 35 comporte des dents délimitant des encoches. Le bobinage 36 pourra être formé par des bobines enroulées chacune autour d'une dent 25 correspondante. Chaque bobine est formée à partir à partir d'un fil électriquement conducteur. En l'occurrence, le bobinage est du type triphasé, chaque phase étant notamment réalisée par deux bobines diamétralement opposées. Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple 30 uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents. 7 En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, REVENDICATIONS1. Rotor (20) de machine électrique tournante (17) destinée à être utilisée dans un véhicule automobile, ledit rotor (20) comportant: - un anneau (25) muni d'une ouverture de passage (26) d'un arbre, - des aimants permanents (28) disposés sur une périphérie externe dudit anneau (25), - une pièce tubulaire de maintien (29) disposée autour des aimants (28) pour maintenir lesdits aimants permanents (28), caractérisé en ce que ledit rotor (20) comporte des évidements (32) ménagés dans l'anneau (25), un évidement (32) définissant une paroi flexible (33) apte à assurer par déformation élastique un effort radial sur un aimant (28) correspondant pour le maintenir serré entre l'anneau (25) et la pièce tubulaire de maintien (29). 2. Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un évidement (32) par aimant permanent (28). 3. Rotor selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les aimants permanents (28) présentent une forme courbe épousant une courbure de l'anneau (25). 4. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé 20 en ce que l'anneau (25) comporte des pattes de guidage (31) des aimants (28). 5. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les pattes de guidage (31) sont disposées circonférentiellement de part et d'autre de chaque aimant (28), de sorte qu'il existe ainsi une 25 alternance d'aimants permanents (28) et de pattes de guidage (31) suivant une circonférence du rotor (20). 6. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'anneau (25) est réalisé dans un matériau magnétique feuilleté. 7. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé 30 en ce que l'anneau (25) est réalisé dans un matériau à base d'acier. 9 8. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la pièce tubulaire de maintien (29) est réalisée dans un matériau paramagnétique. 9. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé 5 en ce que la pièce tubulaire de maintien (29) est réalisée dans un matériau à base de résine renforcée par des fibres. 10. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte au moins quatre aimants permanents (28). 11. Machine électrique tournante caractérisée en ce qu'elle comporte io un rotor (20) tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes.