Brevet FR3119718A1 — publié le 20220812

L’invention concerne un procédé de fabrication d’un élément à pôles magnétiques (1) comprenant les étapes suivantes : - la fourniture d’un bloc d’aimantation comprenant une première face principale (11) et une seconde face principale (12) délimitant entre elles une épaisseur du bloc d’aimantation ; - l’usinage, sur une partie seulement de l’épaisseur du bloc d’aimantation, d’un premier ensemble (21) de rainures initiales (20) à partir de la première face principale, de telle sorte que le bloc d’aimantation reste d’un seul tenant ; - le coulage d’un premier matériau de liaison (30) dans les rainures initiales ; - l’usinage d’un ensemble de rainures complémentaires (40) formant des prolongements des rainures initiales du premier ensemble sur toute l’épaisseur du bloc d’aimantation, de manière à former une pluralité d’aimants unitaires (2) séparés les uns des autres, les aimants unitaires étant maintenus solidaires par le premier matériau de liaison. Figure pour l’abrégé : Fig. 4 procédé de fabrication d’un élément à pôles magnétiques Domaine technique de l'invention La présente invention concerne de manière générale le domaine des machines électriques. Elle concerne plus particulièrement un procédé de fabrication d’un élément à pôles magnétiques. L’invention trouve une application particulièrement avantageuse dans la réalisation de moteurs électriques pour véhicules automobiles électriques ou hydrides (voiture, camion, bus…). Elle s’applique plus généralement aussi à d’autres appareils motorisés, tels que par exemple les ascenseurs, les grues… Etat de la technique Une machine électrique à flux axial comprend généralement au moins un stator et un rotor et un entrefer séparant ces deux types d’éléments dans lequel circule le flux magnétique. Le rotor porte une série de grands aimants permanents, tandis qu'une série de bobines est portée par le stator. Quand les bobines sont alimentées par un courant électrique, le rotor, qui est solidarisé à l'arbre de sortie du moteur, est soumis à un couple résultant du champ magnétique (le flux magnétique créé étant un flux axial). Pour réduire les pertes énergétiques par courants de Foucault dans le rotor, et ainsi augmenter les performances de la machine électrique, les grands aimants permanents peuvent être remplacés par des « éléments à pôles magnétiques » comportant chacun une pluralité d’aimants unitaires de tailles réduites. En effet, un grand aimant permanent est sujet à des pertes par courants de Foucault plus importantes que son équivalent en petits aimants unitaires. Les aimants unitaires sont agencés de façon serrée pour maximiser le volume de matériau magnétique par rapport au volume de l’élément à pôles magnétiques correspondant et ainsi améliorer les performances de la machine électrique. On connait par exemple du document FR3064422 une structure comprenant des aimants unitaires de petites tailles. Ces aimants unitaires présentent l’avantage de pouvoir former un réseau serré tout en présentant un fort champ magnétique. Dans ce document, les aimants unitaires sont maintenus les uns par rapport aux autres, par exemple au moyen d’un maillage de tenu (typiquement en forme de nid d’abeille lorsque les aimants unitaires sont hexagonaux), puis enrobés d’une résine pour former l’élément à pôles magnétiques. Remplir le volume de l’élément à pôles magnétiques avec le maximum d’aimants unitaires en limitant les coûts de fabrication s’avère malgré tout complexe. En effet, chaque aimant unitaire doit être manipulé individuellement. De plus, les éléments à pôles magnétiques présentent généralement deux bords de formes rectilignes mais non parallèles. Agencer des aimants unitaires de formes identiques génère alors nécessairement des espaces vides, comblés par la résine, ce qui diminue l’efficacité magnétique de l’élément à pôles magnétiques et donc du rotor. Présentation de l'invention Afin de remédier aux inconvénients précités de l’état de la technique, on propose selon l’invention un procédé de fabrication d’un élément à pôles magnétiques pour un rotor pour machine électrique, ledit élément à pôles magnétiques comprenant une pluralité d’aimants unitaires, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - la fourniture d’un bloc d’aimantation comprenant une première face principale et une seconde face principale opposée à la première face principale, la première face principale et la seconde face principale délimitant entre elles une épaisseur du bloc d’aimantation ; - l’usinage, sur une partie seulement de l’épaisseur du bloc d’aimantation, d’un premier ensemble de rainures initiales à partir de la première face principale, de telle sorte que le bloc d’aimantation reste d’un seul tenant ; - le coulage d’un premier matériau de liaison dans les rainures initiales ; puis - l’usinage d’un ensemble de rainures complémentaires formant des prolongements des rainures initiales du premier ensemble sur toute l’épaisseur du bloc d’aimantation, de manière à former la pluralité d’aimants unitaires séparés les uns des autres, les aimants unitaires étant maintenus solidaires par le premier matériau de liaison. Ainsi, grâce à l’invention, les aimants unitaires sont solidarisés durant tout le processus de fabrication de l’élément à pôles magnétiques. Il n’est donc pas nécessaire de les manipuler individuellement pour les arranger selon la forme de l’élément à pôles magnétiques. Le premier matériau de liaison rend quant à lui la structure intermédiaire (avant de réaliser les rainures complémentaires) résistante. Cela permet de la manipuler, par exemple dans une chaine d’usinage, en réduisant les risques de cassure. Avec deux étapes distinctes de coulage d’un matériau de liaison, la probabilité d’une mauvaise pénétration du matériau de liaison à un endroit donné est aussi réduite. La résistance de l’élément à pôles magnétiques est donc augmentée. De plus, les aimants unitaires sont découpés de manière à remplir au mieux le volume de l’élément à pôles magnétiques. Le procédé de fabrication permet en effet de produire des aimants unitaires de formes différentes de façon à remplir le volume de l’élément à pôles magnétiques (qui est alors égal au volume du bloc d’aimantation moins le volume des rainures) avec le maximum d’aimants unitaires et donc avec le maximum de matériau magnétique. Enfin, l’invention permet de réduire le gaspillage de matériau magnétique coûteux puisque le minium de matériau est retiré du bloc d’aimantation, à savoir uniquement un volume correspondant aux rainures. D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du procédé de fabrication conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes : - ledit procédé comprend, avant le coulage du premier matériau de liaison, une étape d’usinage, sur une partie seulement de l’épaisseur du bloc d’aimantation, d’un second ensemble de rainures initiales à partir de la seconde face principale, et dans lequel l’ensemble de rainures complémentaires forme aussi des prolongements des rainures initiales du second ensemble ; - les rainures initiales du premier ensemble s’étendent selon des premières directions sensiblement parallèles et dans lequel les rainures initiales du second ensemble s’étendent selon des secondes directions sensiblement parallèles, les premières directions étant préférentiellement sensiblement orthogonales aux secondes directions ; - le premier ensemble comprend des rainures initiales s’étendant selon une direction et des rainures initiales s’étendant selon une autre direction ; - le premier ensemble de rainures initiales comprend un sous-ensemble de rainures initiales situées en vis-à-vis des rainures initiales du second ensemble ; - le bloc d’aimantation présente des faces latérales, chaque face latérale étant orthogonale à l’une parmi deux directions latérales orthogonales entre elles, et dans lequel les rainures initiales s’étendent dans des directions sensiblement parallèles à l’une ou l’autre des deux directions latérales ; - les rainures complémentaires présentent une largeur supérieure à celle des rainures initiales ; - les rainures complémentaires sont décalées, dans l’épaisseur du bloc d’aimantation, par rapport aux rainures initiales ; - ledit procédé comprend une étape de coulage d’un second matériau de liaison entre les aimants unitaires, qui est de préférence réalisée après une étape de mise en place de l’élément à pôles magnétiques dans un logement prévu dans le rotor, le second matériau de liaison étant aussi coulé autour de l’élément à pôles magnétiques pour le fixer dans le logement ; - le premier matériau de liaison et/ou le second matériau de liaison est réalisé dans un matériau comportant une poudre d’aimant mélangée dans une matrice. Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. Procédé de fabrication d’un élément à pôles magnétiques (1) pour un rotor pour machine électrique, ledit élément à pôles magnétiques (1) comprenant une pluralité d’aimants unitaires (2), ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - la fourniture (e1) d’un bloc d’aimantation (10) comprenant une première face principale (11) et une seconde face principale (12) opposée à la première face principale (11), la première face principale (11) et la seconde face principale (12) délimitant entre elles une épaisseur du bloc d’aimantation (10) ; - l’usinage (e2), sur une partie seulement de l’épaisseur du bloc d’aimantation (10), d’un premier ensemble (21) de rainures initiales (20) à partir de la première face principale (11), de telle sorte que le bloc d’aimantation (10) reste d’un seul tenant ; - le coulage (e3) d’un premier matériau de liaison (30) dans les rainures initiales (20) ; - l’usinage (e4) d’un ensemble de rainures complémentaires (40) formant des prolongements des rainures initiales (20) du premier ensemble (21) sur toute l’épaisseur du bloc d’aimantation (10), de manière à former la pluralité d’aimants unitaires (2) séparés les uns des autres, les aimants unitaires (2) étant maintenus solidaires par le premier matériau de liaison (30). Procédé selon la revendication 1, ledit procédé comprenant, avant le coulage du premier matériau de liaison (30), une étape d’usinage, sur une partie seulement de l’épaisseur du bloc d’aimantation (10), d’un second ensemble (22) de rainures initiales (20) à partir de la seconde face (12) principale, et dans lequel l’ensemble de rainures complémentaires (40) forme aussi des prolongements des rainures initiales (20) du second ensemble (22). Procédé selon la revendication 2, dans lequel les rainures initiales (20) du premier ensemble (21) s’étendent selon des premières directions sensiblement parallèles et dans lequel les rainures initiales (20) du second ensemble (22) s’étendent selon des secondes directions sensiblement parallèles, les premières directions étant préférentiellement sensiblement orthogonales aux secondes directions. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le premier ensemble (21) comprend des rainures initiales (20) s’étendant selon une direction (D1) et des rainures initiales (20) s’étendant selon une autre direction (D2). Procédé selon l’une des revendications 2 à 4, dans lequel le premier ensemble (21) de rainures initiales (20) comprend un sous-ensemble (23) de rainures initiales (20) situées en vis-à-vis des rainures initiales (20) du second ensemble (22). Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel le bloc d’aimantation (10) présente des faces latérales (13), chaque face latérale (13) étant orthogonale à l’une parmi deux directions latérales orthogonales entre elles, et dans lequel les rainures initiales (20) s’étendent dans des directions sensiblement parallèles à l’une ou l’autre des deux directions latérales. Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel les rainures complémentaires (40) présentent une largeur supérieure à celle des rainures initiales (20). Procédé selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel les rainures complémentaires (40) sont décalées, dans l’épaisseur du bloc d’aimantation (10), par rapport aux rainures initiales (30). Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, ledit procédé comprenant une étape de coulage (e5) d’un second matériau de liaison (50) entre les aimants unitaires (2), qui est de préférence réalisée après une étape de mise en place de l’élément à pôles magnétiques (1) dans un logement (120) prévu dans le rotor (100), le second matériau de liaison (50) étant aussi coulé autour de l’élément à pôles magnétiques (1) pour le fixer dans le logement (120). Procédé selon la revendication 9, dans lequel le premier matériau de liaison (30) et/ou le second matériau de liaison (50) est réalisé dans un matériau comportant une poudre d’aimant mélangée dans une matrice.