Brevet FR3164851A1 — publié le 20260123

L’invention concerne un rotor (10) pour moteur électrique (30) comprenant : - un arbre (12) de rotor monté rotatif autour d’un axe (X); - un paquet de tôles (14) monté coaxialement sur l’arbre (12) de rotor, ledit paquet de tôles (14) comprenant une pluralité de cavités internes (15); - un pluralité d’aimants permanents (16) logés à l’intérieur des cavités internes (15) du paquet de tôles (14); - un flasque avant (17) et un flasque arrière (19) montés coaxialement sur l’arbre (12) de rotor et agencés axialement de part et d’autre du paquet de tôles (14); caractérisé en ce que chacun des flasques avant et arrière (17, 19) comprend une partie externe (172, 192) qui est disposée en regard du paquet de tôles (14) et qui comprend une pluralité de plasto-aimants (23) formés d’une matrice en matière plastique incorporant des particules possédant des propriétés magnétiques. Figure 3 Rotor pour moteur électrique équipé de flasques d’extrémité intégrant des plasto-aimants L’invention concerne un rotor pour moteur électrique. L’invention concerne également un moteur électrique comprenant un tel rotor. De manière générale, les moteurs électriques actuels comportent un rotor solidaire d’un arbre et un stator qui entoure le rotor. Le stator est monté dans un carter qui comporte des roulements pour le montage en rotation de l’arbre. Le rotor comporte un corps formé par un empilage de tôles ou roues polaires (claw pole) maintenues sous forme de paquet au moyen d’un système de fixation adapté. Le corps du rotor comporte des cavités internes logeant des aimants permanents. Le stator comporte un corps constitué par un empilage de tôles formant une couronne, dont la face intérieure est pourvue de dents délimitant deux à deux une pluralité d’encoches ouvertes vers l’intérieur du corps de stator et destinées à recevoir des enroulements de phase. Ces enroulements de phase traversent les encoches du corps de stator et forment des chignons faisant saillie de part et d’autre du corps de stator. Les enroulements de phase peuvent par exemple être constitués d’une pluralité de segments de conducteur en forme de U, les extrémités libres de deux segments adjacents étant reliées entre elles par soudage. Dans le rotor, le paquet de tôles est enserré axialement entre un flasque avant et un flasque arrière montés coaxialement à l’arbre. Chaque flasque a globalement la forme d’un disque s’étendant dans un plan radial perpendiculaire à l’axe de l’arbre. Chaque flasque comporte un orifice central pour le montage coaxial sur l’arbre et plusieurs trous traversants destinés à recevoir des vis de fixation traversant axialement l’ensemble du paquet de tôles, lesdites vis étant solidarisées aux flasques au moyen d’écrous. Les flasques avant et arrière sont généralement formés d’un matériau amagnétique, conducteur de chaleur, par exemple un métal. Dans un électro-aimant conventionnel, comme illustré sur la FIG. 1 , le flux magnétique généré par les aimants permanents rayonne à 360° selon le sens de magnétisation de l'aimant en formant des lignes de champs courbes qui bouclent entre les deux pôles de l'aimant. Or, certaines des lignes de champ LC suivent des trajectoires divergentes qui peuvent aboutir à des pertes de flux. Il en résulte une génération non optimale d’un couple de rotation par ce type de rotor. Un des buts de l’invention est donc de proposer une solution au problème des pertes de flux magnétique au sein d’un rotor de moteur électrique tel que mentionné précédemment. A cet effet, selon un premier aspect, l’invention concerne un rotor pour moteur électrique comprenant : - un arbre de rotor monté rotatif autour d’un axe ; - un paquet de tôles monté coaxialement sur l’arbre de rotor, ledit paquet de tôles comprenant une pluralité de cavités internes séparées par des portions intermédiaires, de sorte que le paquet de tôles présente une alternance de cavités internes et de portions intermédiaires lorsque l’on suit une circonférence du rotor ; - une pluralité d’aimants permanents logés à l’intérieur des cavités internes du paquet de tôles ; - un flasque avant et un flasque arrière montés coaxialement sur l’arbre de rotor et agencés axialement de part et d’autre du paquet de tôles ; dans lequel les aimants permanents sont à aimantation orthoradiale, de sorte qu’ils présentent chacun deux faces d’extrémité adjacentes dans le sens orthoradial de polarité opposée, les aimants permanents situés dans deux cavités internes adjacentes dans le sens circonférentielle étant de polarités alternées, et dans lequel chacun des flasques avant et arrière comprend une partie externe qui est disposée en regard du paquet de tôles et qui comprend une pluralité de plasto-aimants formés d’une matrice en matière plastique incorporant des particules possédant des propriétés magnétiques, chaque plasto-aimant étant aligné axialement avec une des portions intermédiaires du paquet de tôles et possédant deux faces polaires, planes et perpendiculaires à l’axe de l’arbre, à savoir une première face polaire orientée vers le paquet de tôles et une deuxième face polaire orientée vers l’extérieur du rotor, la première face polaire possédant une polarité opposée à celle de la deuxième face polaire et la même polarité que les faces d’extrémité des aimants permanents qui jouxtent ladite portion intermédiaire. Ainsi configuré, le rotor de l’invention permettra de créer une force de répulsion magnétique entre les plasto-aimants et les aimants permanents, ce qui tendra à rediriger les lignes du champ magnétique généré par les aimants permanents, au niveau des extrémités axiales du rotor, en direction du stator. Ceci permettra donc de réduire les pertes de flux. Selon d’autres caractéristiques, le rotor de l’invention comporte une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes considérées seules ou selon toutes les combinaisons possibles : - les particules possédant des propriétés magnétiques sont constituées d’un matériau choisi parmi les ferrites ou les terres rares. - chacun des flasques avant et arrière comprend une partie externe orientée vers l’extérieur du rotor, ladite partie externe étant constituée d’un matériau choisi parmi le polyamide (PA) 6, le polyamide (PA) 12, le polysulfure de phénylène (PPS) ou l’aluminium. - chaque plasto-aimant possède une forme de secteur annulaire. - chaque portion intermédiaire, entourée par les faces d’extrémité des deux aimants permanents qui lui sont contigus, est inscrite dans un secteur de couronne cylindrique s’étendant sur un arc de cercle qui est sensiblement égal à l’arc de cercle défini par le secteur annulaire formé par le plasto-aimant qui fait face axialement à cette portion intermédiaire. Selon un autre aspect, l’invention concerne également un moteur électrique comprenant un rotor tel que défini ci-dessus. L’invention sera davantage comprise à la lecture de la description non limitative qui va suivre, faite en référence aux figures ci-annexées. FIG. 1 est une vue schématique illustrant les lignes de champ magnétique générées par un électro-aimant conventionnel. FIG. 2 est une vue d’un moteur électrique équipé d’un rotor à aimant permanent selon l’invention, le moteur étant vu depuis son côté avant. FIG. 3 est une vue en coupe longitudinale du moteur de la FIG. 2 selon le plan de coupe P. FIG. 4 est une vue en perspective du rotor à aimant permanent équipant le moteur de la FIG. 2 . FIG. 5 est une vue en coupe transversale du rotor de la FIG. 4 . FIG. 6 est une vue en perspective des flasques d’extrémité équipant le rotor de la FIG. 4 . FIG. 7 est une vue axiale de l’un des flasques d’extrémité représentés sur la FIG. 6 . Dans l’ensemble de la description et dans les revendications, les termes « axial » et « radial » et leurs dérivés sont définis par rapport à l’axe de rotation du rotor. Ainsi, une orientation axiale se rapporte à une orientation parallèle à l’axe de rotation du rotor et une orientation radiale se rapporte à une orientation perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor. Une orientation orthoradiale se rapporte à une orientation perpendiculaire à une orientation radiale dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor. Par ailleurs, par convention, les termes « avant » et « arrière » font référence à des positions séparées le long de l’axe de rotation du rotor. En particulier, l’extrémité « avant » de l’arbre du rotor correspond à l’extrémité de l’arbre sur laquelle peut être fixé(e) une poulie, un pignon, une cannelure destiné(e) à transmettre le mouvement de rotation du rotor à tout autre dispositif similaire de transmission de mouvements. En référence aux figures 2 et 3, il est représenté un moteur électrique 30 mettant en œuvre un rotor 10 selon l’invention. Ce moteur électrique 30 comprend notamment un carter en deux parties logeant le rotor 10 solidaire en rotation de l’arbre 12 et un stator 36 annulaire qui entoure le rotor 10 de manière coaxiale à l’arbre 12. Le carter est constitué notamment d’un palier avant 32 en forme de couronne et d’un palier arrière 34 en forme de cloche recouvrant partiellement le palier avant 32, les paliers avant et arrière 32, 34 étant fixés ensemble, par exemple au moyen de vis. Les paliers 32, 34 portent chacun centralement un roulement à billes respectivement 33 et 35 pour le montage en rotation de l’arbre 12. Comme illustré sur la FIG. 3 , des chignons 37 font saillie axialement de part et d’autre du corps de stator 36 et sont logés dans l’espace intermédiaire séparant le stator 36 des paliers respectifs 32, 34. Dans la configuration représentée, le motor 30 est configuré pour permettre la circulation d’un fluide de refroidissement dans un canal interne 31 de circulation de fluide formé entre le palier avant et le palier arrière. Ce fluide de refroidissement pourra pénétrer à l’intérieur du moteur 30 via une tuyère d’entrée de fluide 38 dépassant de la périphérie externe du palier arrière 34 et débouchant sur le canal interne 31, le fluide de refroidissement pouvant sortir du moteur 30 via une tuyère de sortie de fluide 39. Les figures 4 et 5 représentent un rotor 10 selon l’invention, le rotor 10 comprenant un corps formé par un paquet de tôles 14 réalisé dans un matériau ferromagnétique, notamment en acier, ainsi qu’une pluralité d’aimants permanents 16 destinés à être logés dans une pluralité de cavités internes 15 formées à l’intérieur du paquet de tôles 14, chaque cavité interne 15 logeant un aimant permanent 16. Le paquet de tôles 14 est monté coaxialement sur un arbre 12 monté rotatif autour d’un axe X. L’arbre 12 pourra être emmanché en force à l’intérieur d’une ouverture centrale du paquet de tôles 14 de manière à lier en rotation le corps du rotor avec l’arbre 12. Le paquet de tôles 14 est formé d’un empilement axial de tôles qui s’étendent dans un plan radial perpendiculaire à l’axe X de l’arbre 12. Une pluralité de trous de fixation 11 sont réalisés dans le paquet de tôles 14 pour permettre le passage de boulons de fixation 13 des tôles du paquet. Ces trous de fixation 11 sont traversants de sorte qu’il est possible de faire passer à l’intérieur de chaque trou un boulon 13. Comme représenté sur la FIG. 3 , une première extrémité des boulons 13 est en appui contre la face externe d’un flasque d’extrémité avant 17, tandis que l’autre extrémité des boulons 13 est en appui contre la face externe d’un flasque d’extrémité arrière 19. Ainsi, le paquet de tôles 14 est enserré axialement entre le flasque d’extrémité avant 17 et le flasque d’extrémité arrière 19. Ces flasques 17, 19 permettent d’assurer un équilibrage du rotor 10 tout en permettant un bon maintien des aimants 16 à l’intérieur de leur cavité 15. L’équilibrage peut être effectué par ajout ou retrait de matières des flasques. Le retrait de matière peut être effectué par usinage, tandis que l’ajout de matière peut être effectué en implantant des éléments dans des ouvertures prévues à cet effet et réparties suivant la circonférence du flasque 17, 19. Comme illustré sur la FIG. 5 , les cavités 15 s’étendent suivant une direction radiale par rapport à l’axe X et sont axialement traversantes. Elles possèdent une partie interne 151, de section sensiblement triangulaire, et une partie externe 152, de section rectangulaire, et sont réparties uniformément autour de l’axe X. Deux cavités 15 directement adjacentes sont séparées par une portion intermédiaire 141 ou 142 du paquet de tôles 14 de sorte que le corps du rotor est constitué d’une alternance de cavités 15 et de portions intermédiaires 141, 142 lorsque l’on suit une circonférence du rotor 10. Chaque portion intermédiaire 141, 142 possède de préférence une forme générale en T. Chaque cavité 15 loge un aimant 16 unique, l’aimant 16 étant configuré pour remplir la partie interne 151 de ladite cavité 15. Les aimants permanents 16 sont à aimantation orthoradiale, c’est-à-dire que les deux faces d’extrémité 16a, 16b de chaque aimant 16 qui sont adjacentes l’une par rapport à l’autre dans le sens orthoradial sont magnétisées de manière à pouvoir générer un flux magnétique suivant une orientation orthoradiale par rapport à l’axe X. Parmi ces faces d’extrémité 16a, 16b, il faut distinguer la face 16a correspondant au pôle Sud de l’aimant 16, représenté par la lettre S sur la FIG. 5 , et la face 16b correspondant au pôle Nord de l’aimant 16, représenté par la lettre N sur la FIG. 5 . Les aimants 16 situés dans deux cavités 15 consécutives sont de polarités alternées. Ainsi, les portions intermédiaires 141 du paquet de tôles 14 jouxtent les faces 16a de deux aimants 16 consécutifs et les portions intermédiaires 142 du paquet de tôles jouxtent les faces 16b de deux aimants 16 consécutifs. Tels que disposés, les aimants 16 génèrent dans le paquet de tôles 14 un flux magnétique orienté radialement et dirigé vers la périphérie externe du corps du rotor. En référence à la FIG. 6 , il est représenté chacun des flasques d’extrémité 17 et 19 du rotor 10. Chaque flasque 17, 19 possède la forme d’un disque s’étendant dans un plan radial perpendiculaire à l’axe X de l’arbre 12. Le flasque 17, respectivement 19, comporte un orifice central 21, respectivement 22, pour le montage coaxial sur l’arbre 12 et plusieurs trous traversants 24 destinés à recevoir les boulons de fixation 13 traversant axialement l’ensemble du paquet de tôles 14. Les flasques 17 et 19 sont formés par moulage d’un matériau plastique. Le matériau plastique pourra avantageusement être choisi parmi le polyamide (PA) 6, le polyamide (PA) 12, et le polysulfure de phénylène (PPS). Le flasque 17, respectivement 19, est formé d’un premier demi-disque externe 171, respectivement 191, orienté vers l’extérieur du rotor 10, et d’un deuxième demi-disque externe 172, respectivement 192, orienté vers le paquet de tôles 14. Le premier demi-disque externe 171, respectivement 191, est constitué de matière plastique, ou d’aluminium, et le deuxième demi-disque externe 172, respectivement 192, comprend une pluralité de plasto-aimants 23 en forme de secteur annulaire, formés d’une matrice en matière plastique incorporant des particules possédant des propriétés magnétiques. La matière constitutive de la matrice pourra avantageusement être choisie parmi le polyamide (PA) 6, le polyamide (PA) 12, et le polysulfure de phénylène (PPS) et les particules possédant des propriétés magnétiques pourront avantageusement être constituées d’un matériau choisi parmi les ferrites ou les terres rares. Chaque plasto-aimant 23 est à aimantation axiale, de sorte qu’il possède deux faces d’extrémité 231 et 232, planes et perpendiculaires à l’axe X, dites faces polaires. Parmi ces faces polaires 231, 232, il faut distinguer la face 231 correspondant au pôle Sud du plasto-aimant 23 et la face 232 correspondant au pôle Nord du plasto-aimant 23. Deux plasto-aimants 23 contigus sont de polarités alternées. Ainsi, comme représenté sur la FIG. 7 , le demi-disque externe 192 du flasque 19 qui fait face au paquet de tôles 14 est formé d’une alternance de faces polaires 231, 232 lorsque l’on suit une circonférence du rotor 10. De manière similaire, le demi-disque externe 172 du flasque 17 qui fait face au paquet de tôles 14 est formé d’une alternance de faces polaires 231, 232 lorsque l’on suit une circonférence du rotor 10. Comme représenté en traits pointillés sur la FIG. 5 , chaque plasto-aimant 23 est aligné axialement avec une des portions intermédiaires 141, 142 du paquet de tôles 14 de telle sorte que sa face polaire 231 ou 232 qui est orientée vers le paquet de tôles 14 possède la même polarité que celles des faces d’extrémité 16a ou 16b des aimants permanents 16 qui jouxtent ladite portion intermédiaire. Ainsi, chacune des portions intermédiaires 141 fait face axialement, et de chaque côté, à la face polaire 231 d’un des plasto-aimants 23 du flasque 17 et du flasque 19 et chacune des portions intermédiaires 142 fait face axialement, et de chaque côté, à la face polaire 232 d’un autre des plasto-aimants 23 du flasque 17 et du flasque 19. En outre, de manière préférentielle, chaque portion intermédiaire 141, respectivement 142, entourée des deux faces d’extrémité 16a, respectivement 16b, est inscrite dans un secteur de couronne cylindrique s’étendant sur un arc de cercle qui est sensiblement égal à celui défini par le secteur annulaire formé par la face polaire 231, respectivement 232, du plasto-aimant 23 qui lui fait face axialement, de sorte que chaque plasto-aimant 23 possède deux zones d’extrémité faisant partiellement face axialement aux aimants permanents 16 entourant ladite portion intermédiaire 141, respectivement 142. En particulier, chacune desdites zones d’extrémité est alignée axialement avec la face d’extrémité 16a ou 16b d’un desdits aimants permanents 16 qui possède la même polarité que la face polaire du plasto-aimant 23 qui fait face au paquet de tôles 14. Ainsi configurés, les flasques d’extrémité 17 et 19 permettront de rediriger les lignes du champ magnétique généré par les aimants permanents 16 du rotor 10 en direction du stator 36 du fait de l’alignement axial des faces polaires 231 possédant une polarité S avec les portions intermédiaires 141 et les faces d’extrémité 16a possédant également une polarité S, et du fait de l’alignement axial des faces polaires 232 possédant une polarité N avec les portions intermédiaires 142 et les faces d’extrémité 16b possédant également une polarité N. Cet alignement axial permettra en effet de créer un effet de répulsion magnétique qui tendra à dévier les lignes de champ orientées axialement aux extrémités du rotor de telle sorte qu’elles soient dirigées au final vers le stator 36. Ainsi configuré, le rotor 10 de l’invention permet de réduire fortement les pertes de flux aux extrémités axiales du rotor en redirigeant les lignes de champs des extrémités vers le stator. L’invention n’est évidemment pas limitée à la configuration de l’invention telle que décrite précédemment. Rotor (10) pour moteur électrique (30) comprenant : - un arbre (12) de rotor monté rotatif autour d’un axe (X); - un paquet de tôles (14) monté coaxialement sur l’arbre (12) de rotor, ledit paquet de tôles (14) comprenant une pluralité de cavités internes (15) séparées par des portions intermédiaires (141, 142), de sorte que le paquet de tôles (14) présente une alternance de cavités internes (15) et de portions intermédiaires (141, 142) lorsque l’on suit une circonférence du rotor (10); - une pluralité d’aimants permanents (16) logés à l’intérieur des cavités internes (15) du paquet de tôles (14); - un flasque avant (17) et un flasque arrière (19) montés coaxialement sur l’arbre (12) de rotor et agencés axialement de part et d’autre du paquet de tôles (14); dans lequel les aimants permanents (16) sont à aimantation orthoradiale, de sorte qu’ils présentent chacun deux faces d’extrémité (16a, 16b) adjacentes dans le sens orthoradial de polarité opposée, les aimants permanents (16) situés dans deux cavités internes (15) adjacentes dans le sens circonférentielle étant de polarités alternées, caractérisé en ce que chacun des flasques avant et arrière (17, 19) comprend une partie externe (172, 192) qui est disposée en regard du paquet de tôles (14) et qui comprend une pluralité de plasto-aimants (23) formés d’une matrice en matière plastique incorporant des particules possédant des propriétés magnétiques, chaque plasto-aimant (23) étant aligné axialement avec une des portions intermédiaires (141, 142) du paquet de tôles (14) et possédant deux faces polaires (231, 232), planes et perpendiculaires à l’axe de l’arbre, à savoir une première face polaire orientée vers le paquet de tôles (14) et une deuxième face polaire orientée vers l’extérieur du rotor (10), la première face polaire possédant une polarité opposée à celle de la deuxième face polaire et la même polarité que les faces d’extrémité (16a, 16b) des aimants permanents (16) qui jouxtent ladite portion intermédiaire (141, 142). Rotor (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules possédant des propriétés magnétiques sont constituées d’un matériau choisi parmi les ferrites ou les terres rares. Rotor (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chacun des flasques avant et arrière (17, 19) comprend une partie externe (171, 191) orientée vers l’extérieur du rotor (10), ladite partie externe (171, 191) étant constituée d’un matériau choisi parmi le polyamide (PA) 6, le polyamide (PA) 12, le polysulfure de phénylène (PPS) ou l’aluminium. Rotor (10) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque plasto-aimant (23) possède une forme de secteur annulaire. Rotor (10) selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque portion intermédiaire (141, 142), entourée par les faces d’extrémité (16a, 16b) des deux aimants permanents (16) qui lui sont contigus, est inscrit dans un secteur de couronne cylindrique s’étendant sur un arc de cercle qui est sensiblement égal à l’arc de cercle défini par le secteur annulaire formé par le plasto-aimant (23) qui fait face axialement à cette portion intermédiaire (141, 142). Moteur électrique (30) comprenant un rotor (10) selon l’une des revendications précédentes.