Brevet FR3085561A1 — publié le 20200306

PROCEDE D'EQUILIBRAGE D'UN ROTOR DE MOTEUR ELECTRIQUE AVEC USINAGE DU PAQUET DE TOLES La présente invention concerne un procédé d'équilibrage d'un rotor de moteur électrique, ainsi qu'un moteur électrique obtenu avec un tel procédé d'équilibrage, et un véhicule automobile hybride ou électrique équipé d'un moteur électrique de traction comprenant ce moteur électrique. Les rotors des moteurs électriques comportent généralement un paquet de tôles empilées qui sont disposées transversalement, formant un conducteur des lignes du flux magnétique, recevant dans des encoches longitudinales, suivant la technologie du moteur, des aimants permanents ou des fils de cuivre bobinés. Les moteurs électriques, en particulier les moteurs électriques utilisés pour la traction d'un véhicule, pouvant délivrer une puissance de plusieurs dizaines de kilowatts et tournant à des vitesses élevées, par exemple 15 ou 20 000 trs/mn, nécessitent un équilibrage du rotor ajustant suffisamment précisément son centre de gravité sur l'axe de rotation. De cette manière on limite des forces radiales tournantes sur le rotor entraînant des désagréments comme du bruit ou des vibrations, ainsi qu'une usure plus importante des paliers. Un type de procédé d'équilibrage connu, présenté notamment par le document EP-Al -3322073, utilise un flasque métallique ajouté de chaque côté du rotor, présentant quelques millimètres d'épaisseur, sur lequel on réalise près de son contour extérieur, dans des positions angulaires précises, des perçages radiaux afin de retirer de la matière pour recentrer le centre de gravité de chaque côté de ce rotor. Ce type de procédé nécessitant l'ajout de deux flasques sur les côtés du rotor, pose différents problèmes comprenant notamment un encombrement axial du moteur électrique plus important, l'ajout d'une masse et d'une inertie 2 sur ce moteur, et avec ces deux composants supplémentaires une augmentation des coûts de fabrication du moteur. Un autre type de procédé d'équilibrage connu, présenté notamment par le document EP-A3-1158650, réalise un fraisage sur le contour extérieur du 5 paquet de tôles du rotor suivant un secteur angulaire défini, avec une fraise tournant suivant un axe perpendiculaire à l'axe de ce rotor, pour retirer de la matière d'un côté afin de recentrer le centre de gravité. Toutefois ce procédé modifie la géométrie du contour extérieur du paquet de tôles dans une zone active pour la conduite des lignes de flux magnétique, 10 ce qui dégrade les performances du moteur électrique. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure. Elle propose à cet effet un procédé d'équilibrage d'un rotor de moteur électrique centré sur un axe principal de rotation, comportant un paquet de 15 tôles empilées transversalement autour d'un arbre, présentant des encoches recevant des aimants ou des bobinages de fils de cuivre, en formant un conducteur des lignes de flux magnétique autour de ces encoches, ce procédé étant remarquable en ce qu'il comporte une opération préliminaire de calcul des zones de plus faible densité du flux magnétique dans le paquet de tôles 20 du rotor, et en ce que pour effectuer un équilibrage de ce rotor, il réalise des usinages sur les faces transversales à chaque extrémité de ce paquet de tôles, dans les zones de plus faible densité. Un avantage de ce procédé d'équilibrage est que sans utiliser de pièce complémentaire comme des flasques de rotor, ce qui limite la masse, l'inertie 25 et le coût de ce rotor, en réalisant des usinages sur les extrémités de ce rotor directement sur les tôles, dans les zones de plus faible densité de flux magnétique, on obtient un équilibrage qui ne modifie pratiquement pas les performances du moteur électrique. Le procédé d'équilibrage selon l'invention peut comporter de plus une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. 3 Avantageusement, le procédé définit sur chaque face d'extrémité une zone de plus faible densité formant une couronne centrée sur l'axe principal. Dans ce cas, avantageusement la couronne de zone de plus faible densité présente un diamètre extérieur passant radialement en dessous des 5 encoches. Avantageusement, les usinages comportent des perçages axiaux s'ajustant sur le contour extérieur de la couronne de la zone de plus faible densité. Selon un mode de réalisation, les faces d'extrémité du paquet de tôles 10 comportent dans les tôles des creux formés dans les zones de plus faible densité. Dans ce cas, avantageusement les creux sont dans la direction circonférentielle alignés sur le centre d'une encoche du rotor, ou entre deux encoches. 15 Avantageusement, les creux présentent des bossages saillants de matière formant des parties prédisposées pour les usinages. Dans ce cas, avantageusement chaque creux comporte une partie radialement extérieure alignée sur le contour extérieur de la couronne formant la zone de plus faible densité, comprenant le bossage de matière qui est 20 tourné vers le centre du rotor. L'invention a aussi pour objet un moteur électrique comportant un stator et un rotor équilibré, remarquable en ce que le rotor comporte sur ses faces transversales d'extrémité des perçages axiaux formant des usinages d'équilibrage réalisés avec un procédé d'équilibrage comprenant l'une 25 quelconque des caractéristiques précédentes. L'invention a de plus pour objet un véhicule automobile hybride ou électrique équipé d'un moteur électrique de traction, remarquable en ce que le rotor de ce moteur électrique est équilibré avec un procédé d'équilibrage comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. 4 L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 présente la partie active d'un moteur électrique équilibré avec 5 un procédé d'équilibrage suivant l'art antérieur ; - la figure 2 présente la partie active d'un moteur électrique équilibré avec un procédé d'équilibrage suivant l'invention ; - la figure 3 est une vue de côté de ce dernier moteur électrique, présentant une zone du rotor de plus faible densité de flux magnétique ; et 10 - la figure 4 est une vue de côté d'un moteur électrique suivant une variante, comprenant des découpes dans la zone du rotor de plus faible densité de flux magnétique. La figure 1 présente la partie active d'un moteur électrique comprenant un rotor 2 comportant un paquet de tôles empilées 6, fixé sur un arbre 4 15 disposant d'un axe principal de rotation A. Le paquet de tôles 6 comporte six encoches longitudinales 10 présentant une section plate disposée suivant la direction tangentielle, près du diamètre extérieur des tôles, recevant des aimants permanents formant si pôles magnétiques qui génèrent un flux magnétique dans ce paquet de tôles. 20 Le rotor 2 reçoit de chaque côté un flasque d'extrémité 8 formant une rondelle plate permettant de réaliser sur son épaisseur des perçages axiaux 16 d'équilibrage, afin de recentrer de chaque côté de ce rotor son centre de gravité sur l'axe principal A. Le stator 12 comporte un paquet de tôles disposées transversalement, 25 maintenu dans une carcasse extérieure non représentée, comprenant douze encoches orientées radialement, recevant six bobinages de fils électriques afin de former six pôles électromagnétiques. Le paquet de tôles du stator 12 est axialement aligné sur le paquet de tôles du rotor 6, de manière à obtenir un ajustement assurant une continuité 30 des lignes de flux d'induction entre ces deux parties actives du moteur électrique. Les deux flasques 8 avec leurs épaisseurs augmentent la longueur 5 du moteur électrique, sans apporter d'aspect fonctionnel pour la conduction du flux magnétique. La figure 2 présente un moteur électrique comprenant un rotor 2 disposant d'un paquet de tôles 6 similaire, ne recevant pas de flasque sur ses 5 extrémités. Le moteur électrique présente une masse et une inertie en rotation réduite, ainsi qu'un coût diminué. Des perçages axiaux d'équilibrage 16 sont réalisés directement sur l'extrémité du paquet de tôles 6, à une petite distance radiale en dessous des encoches longitudinales 10. 10 La figure 3 présente pour le procédé d'équilibrage selon l'invention, une opération préliminaire de calcul d'une zone de plus faible densité du flux magnétique 20 dans le paquet de tôles 6. On obtient pour ce type de moteur électrique une zone de plus faible densité 20 formant une couronne entourant l'arbre 4, qui vient à une distance 15 radiale « d » en dessous des encoches longitudinales 10. En effet la plus forte densité de flux magnétique se trouve concentrée dans la direction circonférentielle entre les encoches 10, et dans la direction radiale d'un côté au-dessus de ces encoches, et de l'autre côté à la petite distance « d » en dessous de ces encoches. 20 On réalise des perçages axiaux d'équilibrage 16 s'ajustant sur le contour extérieur de la couronne de la zone de plus faible densité 20, pour les éloigner le plus possible de l'axe A afin d'obtenir la meilleur efficacité pour l'équilibrage. La zone de plus faible densité 20 de flux magnétique représente une zone morte pour ce flux, ce qui ne change pratiquement pas les 25 performances du moteur électrique. La figure 4 présente en variante un paquet de tôles 6 d'un rotor 2, présentant sur chaque face transversale d'extrémité douze creux 30 identiques répartis sur le pourtour, chaque creux étant aligné sur une encoche 10 ou entre deux encoches. 6 Les creux 30 peuvent être formés sur toutes les tôles du paquet de tôles 6, qui sont alors identiques, ou seulement sur les premières tôles d'extrémité de ce paquet, les tôles centrales étant pleines. Le contour de chaque creux 30 comporte un côté intérieur proche de 5 l'arbre 4, deux côtés latéraux alignés suivant des rayons, et un côté extérieur aligné sur le contour extérieur de la zone de plus faible densité 20. Le côté extérieur de chaque creux 30 comporte au milieu un bossage de matière 32 tourné vers le centre du rotor, qui représente une partie prédisposée pour être facilement usinée afin de réaliser un enlèvement de matière permettant 10 l'équilibrage du rotor 2. De cette manière les creux 32 formés dans la zone de plus faible densité 20 ne changent pratiquement pas les performances du moteur électrique, tout en facilitant les usinages d'équilibrage du rotor 2. Le procédé d'équilibrage selon l'invention s'applique à tous types de 15 moteur électrique comprenant un rotor formé avec un empilage de tôles, qui peut être du type à aimants permanents, à rotor bobiné ou à cage d'écureuil. REVENDICATIONS1 - Procédé d'équilibrage d'un rotor (2) de moteur électrique centré sur un axe principal de rotation (A), comportant un paquet de tôles (6) empilées transversalement autour d'un arbre (4), présentant des encoches (10) recevant des aimants ou des bobinages de fils de cuivre, en formant un conducteur des lignes de flux magnétique autour de ces encoches, caractérisé en ce qu'il comporte une opération préliminaire de calcul des zones de plus faible densité du flux magnétique (20) dans le paquet de tôles (6) du rotor (2), et en ce que pour effectuer un équilibrage de ce rotor (2), il réalise des usinages (16) sur les faces transversales à chaque extrémité de ce paquet de tôles (6), dans les zones de plus faible densité (20). 2 - Procédé d'équilibrage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il définit sur chaque face d'extrémité une zone de plus faible densité (20) formant une couronne centrée sur l'axe principal (A). 3 - Procédé d'équilibrage selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couronne de zone de plus faible densité (20) présente un diamètre extérieur passant radialement en dessous des encoches (10). 4 - Procédé d'équilibrage selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en 20 ce que les usinages (16) comportent des perçages axiaux s'ajustant sur le contour extérieur de la couronne de la zone de plus faible densité (20). 5 - Procédé d'équilibrage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les faces d'extrémité du paquet de tôles (6) comportent dans les tôles des creux (30) formés dans les zones de plus 25 faible densité (20). 6 - Procédé d'équilibrage selon la revendication 5, caractérisé en ce que les creux (30) sont dans la direction circonférentielle alignés sur le centre d'une encoche (10) du rotor (2), ou entre deux encoches (10). 7 - Procédé d'équilibrage selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce 30 que les creux (30) présentent des bossages saillants de matière (32) formant des parties prédisposées pour les usinages (16). 8 8 - Procédé d'équilibrage selon la revendication 2 ou 3, et 7, caractérisé en ce que chaque creux (30) comporte une partie radialement extérieure alignée sur le contour extérieur de la couronne formant la zone de plus faible densité (20), comprenant le bossage de matière (32) qui est tourné vers le 5 centre du rotor (2). 9 - Moteur électrique comportant un stator (12) et un rotor équilibré (2), caractérisé en ce que le rotor (2) comporte sur ses faces transversales d'extrémité des perçages axiaux formant des usinages d'équilibrage (16) réalisés avec un procédé d'équilibrage selon l'une quelconque des 10 revendications précédentes. 10 - Véhicule automobile hybride ou électrique équipé d'un moteur électrique de traction, caractérisé en ce que le rotor de ce moteur électrique est équilibré avec un procédé d'équilibrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 15