Brevet FR3134669A1 — publié le 20231020

L’invention concerne un procédé de fabrication d’un élément à pôles magnétiques (1) pour rotor de machine électrique à flux axial, ledit élément à pôles magnétiques comprenant une couche supérieure (11) et une couche inférieure (12) qui sont agencées pour s’étendre l’une au-dessus de l’autre selon un axe de rotation du rotor, le procédé comprend les étapes suivantes : - fabrication d’une pluralité d’aimants unitaires (10) ; - formation de la couche supérieure par assemblage d’au moins deux des aimants unitaires ; - formation de la couche inférieure par assemblage d’au moins deux autres des aimants unitaires ; - superposition de la couche supérieure et de la couche inférieure et fixation de la couche supérieure à la couche inférieure. Figure pour l’abrégé : Fig. 9. 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 élément à pôles magnétiques pour un rotor de machine électrique. Elle concerne également un procédé de fabrication d’un tel élément à pôles magnétiques. L’invention trouve une application particulièrement avantageuse dans la réalisation de moteurs électriques pour véhicules automobiles électriques ou hybrides (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 un stator, un rotor et un entrefer séparant ces derniers. 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 un machine électrique à 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 taille réduite. 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 petite taille. Ces aimants unitaires forment des bâtonnets cylindriques de section hexagonale, ce qui présentent l’avantage de pouvoir former un réseau serré tout en présentant un fort champ magnétique. Ces aimants unitaires sont liés entre eux au moyen d’une résine. Toutefois, il est apparu le besoin de réduire encore plus les courants de Foucault, de préférence en conservant un ratio élevé entre le volume de matériau magnétique et le volume de l’élément à pôles magnétiques. Présentation de l'invention Dans ce contexte, on propose selon l’invention un procédé de fabrication d’un élément à pôles magnétiques pour rotor de machine électrique, ledit élément à pôles magnétiques comprenant une couche supérieure et une couche inférieure qui sont agencées pour s’étendre l’une au-dessus de l’autre selon un axe de rotation du rotor, le procédé comprenant les étapes suivantes : - fabrication d’une pluralité d’aimants unitaires ; - formation de la couche supérieure par assemblage d’au moins deux des aimants unitaires ; - formation de la couche inférieure par assemblage d’au moins deux autres des aimants unitaires ; - superposition de la couche supérieure et de la couche inférieure et fixation de la couche supérieure à la couche inférieure. Ainsi, grâce à l’invention, les courants de Foucault sont encore plus réduits puisque l’élément à pôles magnétiques est aussi segmenté selon l’axe de rotation, c’est-à-dire en épaisseur. En s’étendant les unes au-dessus des autres, les différentes couches limitent en effet la circulation des courants de Foucault selon l’axe de rotation. De plus, il est plus avantageux, pour maximiser le volume de matériau magnétique, de segmenter l’élément à pôles magnétiques en épaisseur, comme proposé par l’invention, que de chercher à produire des aimants unitaires de section toujours plus petite comme dans l’art antérieur (cela augmente en effet davantage la proportion de colle qui est nécessaire à leur maintien). Bien que la fabrication de l’élément à pôles magnétique semble plus complexe, puisqu’elle nécessite de former plusieurs couches, le rotor mettant en œuvre l’élément à pôles magnétique fabriqué selon l’invention est bien moins sensible aux pertes par courants de Foucault que les rotors de l’art antérieur si bien que cette complexité est largement compensée par les performances obtenues. Enfin, d’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du procédé conforme à l’invention permettent de fabriquer les aimants unitaires et/ou les couches de façon simple et reproductible. Le procédé conforme à l’invention est donc particulièrement adapté à la fabrication en série de l’élément à pôles magnétiques. Ces caractéristiques avantageuses et non limitatives du procédé conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes : - ladite étape de fabrication comprend : la fabrication d’aimants intermédiaires par craquage d’un bloc-aimant, selon une première direction de segmentation, chaque aimant intermédiaire s’étendant en longueur selon la première direction de segmentation, la fabrication des aimants unitaires par craquage des aimants intermédiaires selon une deuxième direction de segmentation distincte de la première direction de segmentation selon laquelle s’étendent les aimants intermédiaires ; - le procédé comprend, avant la fabrication des aimants unitaires et après la fabrication des aimants intermédiaires (30) par craquage, le collage des aimants intermédiaires les uns aux autres ; - les aimants intermédiaires sont collés entre eux par des faces complémentaires générées par le craquage du bloc-aimant ou par des faces originelles chacune issue d’une face du bloc-aimant ; - la formation de la couche supérieure ou de la couche inférieure comprend : le collage d’au moins deux des aimants unitaires les uns aux autres de manière à former une plaque intermédiaire, la segmentation de la plaque intermédiaire en deux moitiés, le réarrangement et le collage des deux moitiés l’une à l’autre ; - le procédé comprend une étape de découpe de la couche supérieure et de la couche inférieure de manière à conférer à l’élément à pôles magnétiques une forme prédéterminée ; - la formation de la couche supérieure et de la couche inférieure comprend le collage d’au moins deux des aimants unitaires l’un à l’autre ou le collage d’au moins deux des aimants unitaires sur une feuille adhésive ; - l’étape de fabrication de la couche supérieure ou de la couche inférieure comprend : le collage d’au moins deux des aimants unitaires de manière à former un premier sous-groupe, le collage d’au moins deux autres des aimants unitaires de manière à former un deuxième sous-groupe, et le collage du premier sous-groupe et du deuxième sous-groupe de manière à former la couche supérieure ou la couche inférieure. L’invention propose également un élément à pôles magnétiques pour rotor de machine électrique, comprenant une couche supérieure et une couche inférieure qui sont agencées pour s’étendre l’une au-dessus de l’autre selon un axe de rotation du rotor, la couche supérieure comprenant au moins deux aimants unitaires et la couche inférieure comprenant au moins deux autres aimants unitaires. Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, la couche supérieure et la couche inférieure s’étendent chacune dans un plan et dans lequel chaque aimant unitaire présente une longueur, parallèle au plan de sa couche, et une épaisseur, perpendiculaire au plan de sa couche, l’épaisseur de chaque aimant unitaire étant inférieure à la longueur dudit aimant unitaire. Selon une caractéristique optionnelle de l’invention au moins un des aimants unitaires de la couche supérieure présente une plus grande dimension selon une direction supérieure et au moins un des aimants unitaires de la couche inférieure présente une plus grande dimension selon une direction inférieure distincte de la direction supérieure. 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 rotor (2) de machine électrique, caractérisé en ce que, ledit élément à pôles magnétiques (1) comprenant une couche supérieure (11) et une couche inférieure (12) qui sont agencées pour s’étendre l’une au-dessus de l’autre selon un axe de rotation (A1) du rotor (2), le procédé comprend les étapes suivantes : - fabrication d’une pluralité d’aimants unitaires (10) ; - formation de la couche supérieure (11) par assemblage d’au moins deux des aimants unitaires (10) ; - formation de la couche inférieure (12) par assemblage d’au moins deux autres des aimants unitaires (10) ; - superposition de la couche supérieure (11) et de la couche inférieure (12) et fixation de la couche supérieure (11) à la couche inférieure (12). Procédé selon la revendication 1, dans lequel ladite étape de fabrication comprend : - la fabrication d’aimants intermédiaires (30) par craquage d’un bloc-aimant (20), selon une première direction de segmentation (S1), chaque aimant intermédiaire (30) s’étendant en longueur selon la première direction de segmentation (S1) ; - la fabrication des aimants unitaires (10) par craquage des aimants intermédiaires (30) selon une deuxième direction de segmentation (S2) distincte de la première direction de segmentation (S1) selon laquelle s’étendent les aimants intermédiaires (30). Procédé selon la revendication 2, comprenant, avant la fabrication des aimants unitaires (10) et après la fabrication des aimants intermédiaires (30) par craquage, le collage des aimants intermédiaires (30) les uns aux autres. Procédé selon la revendication 3, dans lequel les aimants intermédiaires (30) sont collés entre eux par des faces complémentaires générées par le craquage du bloc-aimant (20) ou par des faces originelles chacune issue d’une face du bloc-aimant (20). Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel la formation de la couche supérieure (11) ou de la couche inférieure (12) comprend : - le collage d’au moins deux des aimants unitaires (10) les uns aux autres de manière à former une plaque intermédiaire (50) ; - la segmentation de la plaque intermédiaire (50) en deux moitiés (51) ; - le réarrangement et le collage des deux moitiés (51) l’une à l’autre. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’étape de fabrication de la couche supérieure (11) ou de la couche inférieure (12) comprend : - le collage d’au moins deux des aimants unitaires (10) de manière à former un premier sous-groupe (36) ; - le collage d’au moins deux autres des aimants unitaires (10) de manière à former un deuxième sous-groupe (36) ; et - le collage du premier sous-groupe (36) et du deuxième sous-groupe (36) de manière à former la couche supérieure (11) ou la couche inférieure (12). Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, comprenant une étape de découpe de la couche supérieure (11) et de la couche inférieure (12) de manière à conférer à l’élément à pôles magnétiques (1) une forme prédéterminée. Procédé selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel la formation de la couche supérieure (11) et de la couche inférieure (12) comprend le collage d’au moins deux des aimants unitaires (10) l’un à l’autre ou le collage d’au moins deux des aimants unitaires (10) sur une feuille adhésive (60). Elément à pôles magnétiques (1) pour rotor (2) de machine électrique, caractérisé en ce que ledit élément à pôles magnétiques (1) comprend une couche supérieure (11) et une couche inférieure (12) qui sont agencées pour s’étendre l’une au-dessus de l’autre selon un axe de rotation (A1) du rotor (2), la couche supérieure (11) comprenant au moins deux aimants unitaires (10) et la couche inférieure (12) comprenant au moins deux autres aimants unitaires (10). Elément à pôles magnétiques (1) selon la revendication 9, dans lequel la couche supérieure (11) et la couche inférieure (12) s’étendent chacune dans un plan et dans lequel chaque aimant unitaire (10) présente une longueur, parallèle au plan de sa couche (11, 12), et une épaisseur, perpendiculaire au plan de sa couche (11, 12), l’épaisseur de chaque aimant unitaire (10) étant inférieure à la longueur dudit aimant unitaire (10). Elément à pôles magnétiques (1) selon la revendication 9 ou 10, dans lequel au moins un des aimants unitaires (10) de la couche supérieure (11) présente une longueur qui s’étend selon une première direction et au moins un des aimants unitaires (10) de la couche inférieure (12) présente une longueur qui s’étend selon une deuxième direction, ladite deuxième direction étant distincte de la première direction.