FR3036007B1 - IMPROVED ROTOR OF ELECTRIC ROTATING MACHINE COMPRISING AT LEAST ONE MAGNET PLATING ELEMENT - Google Patents
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Abstract
L'invention porte principalement sur un rotor (10) à aimants permanents, notamment pour machine électrique tournante, par exemple pour un turbo-chargeur électrique, comportant: - un corps de rotor (11) définissant une pluralité de cavités (21), - un ensemble d'aimants permanents (22), notamment à aimantation radiale, logés dans lesdites cavités (21), caractérisé en ce que : au moins une cavité (21) dudit corps de rotor (11) comporte au moins un élément de plaquage (51) pour le plaquage d'un aimant permanent (22) correspondant contre une face interne (36) de ladite cavité (21) dudit corps de rotor (11).The invention relates mainly to a rotor (10) with permanent magnets, in particular for a rotary electric machine, for example for an electric turbo charger, comprising: - a rotor body (11) defining a plurality of cavities (21), a set of permanent magnets (22), in particular with radial magnetization, housed in said cavities (21), characterized in that: at least one cavity (21) of said rotor body (11) comprises at least one plating element ( 51) for the plating of a corresponding permanent magnet (22) against an inner face (36) of said cavity (21) of said rotor body (11).
Description
ROTOR AMELIORE DE MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE COMPORTANT AU MOINS UN ELEMENT DE PLAQUAGE D'AIMANT L’invention porte sur un rotor amélioré de machine électrique tournante muni d'au moins un élément de plaquage d'un aimant à l'intérieur d'une cavité correspondante.IMPROVED ROTOR OF ELECTRIC ROTATING MACHINE COMPRISING AT LEAST ONE MAGNET PLATING ELEMENT The invention relates to an improved rotary electric machine rotor provided with at least one element for plating a magnet inside a corresponding cavity. .
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.In known manner, the rotating electrical machines comprise a stator and a rotor secured to a shaft. The rotor may be integral with a driving shaft and / or driven and may belong to a rotating electrical machine in the form of an alternator, an electric motor, or a reversible machine that can operate in both modes.
Le stator est monté dans un carter configuré pour porter à rotation l'arbre par exemple par l'intermédiaire de roulements. Le stator comporte un corps constitué par un empilage de tôles minces formant une couronne, dont la face intérieure est pourvue d'encoches ouvertes vers l'intérieur pour recevoir des enroulements de phase. Dans un bobinage de type ondulé réparti, les enroulements sont obtenus 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, dans un bobinage de type "concentrique", les enroulements de phase sont constitués par des bobines fermées sur elles-mêmes qui sont enroulées autour des dents du stator. La protection entre le paquet de tôles et le fil de bobinage est assurée soit par un isolant de type papier, soit par du plastique par surmoulage ou au moyen d'une pièce rapportée. Ces enroulements sont des enroulements polyphasés connectés en étoile ou en triangle dont les sorties sont reliées à une électronique de commande.The stator is mounted in a housing configured to rotate the shaft for example by means of bearings. The stator comprises a body constituted by a stack of thin sheets forming a ring, the inner face of which is provided with notches open towards the inside to receive phase windings. In a distributed corrugated type winding, the windings are obtained for example from a continuous wire coated with enamel or from conductive elements in the form of pins connected together by welding. Alternatively, in a "concentric" type winding, the phase windings are constituted by closed coils on themselves which are wound around the teeth of the stator. The protection between the package of sheets and the winding wire is provided either by a paper-type insulation, or by plastic by overmolding or by means of an insert. These windings are polyphase windings connected in star or delta whose outputs are connected to a control electronics.
Par ailleurs, le rotor comporte un corps formé par un empilage de feuilles de tôles maintenues sous forme de paquet au moyen d'un système de fixation adapté, tel que des rivets traversant axialement le rotor de part en part, ou grâce à des agrafes ou des boutons, ou encore par soudure laser ou par collage des feuilles entre elles. Le rotor comporte des pôles formés par des aimants permanents logés dans des cavités ménagées dans le corps de rotor.Furthermore, the rotor comprises a body formed by a stack of sheets of sheet metal held in pack form by means of a suitable fastening system, such as rivets axially passing through the rotor from one side to the other, or by means of staples or buttons, or by laser welding or by gluing the sheets together. The rotor has poles formed by permanent magnets housed in cavities in the rotor body.
On connaît des machines électriques tournantes accouplées à un arbre d’un turbocompresseur électrique. Ce turbocompresseur électrique permet 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 dit de "downsizing" an anglais). A cet effet, le turbocompresseur électrique, disposé sur le conduit d’admission en amont ou en aval du moteur thermique, comprend une turbine pour permettre de comprimer l'air afin d'optimiser le remplissage des cylindres du moteur thermique. La machine électrique est activée pour entraîner la turbine afin de minimiser le temps de réponse en couple, notamment lors des phases transitoires à l’accélération, ou en phase de redémarrage automatique du moteur thermique après une mise en veille (fonctionnement "stop and start" en anglais).Rotating electrical machines are known that are coupled to a shaft of an electric turbocharger. This electric turbocharger makes it possible to compensate, at least in part, for the loss of power of the reduced-displacement heat engines used on many motor vehicles in order to reduce their consumption and the emissions of pollutant particles (so-called "downsizing" principle). For this purpose, the electric turbocharger, disposed on the intake duct upstream or downstream of the engine, comprises a turbine for compressing the air to optimize the filling of the cylinders of the engine. The electric machine is activated to drive the turbine in order to minimize the torque response time, in particular during the transient phases during acceleration, or in the automatic restart phase of the engine after a standby ("stop and start" operation in English).
Compte tenu de la vitesse de rotation élevée du rotor (de l'ordre 70000 tours/min dans certaines situations de vie) qui génère des efforts centrifuges très importants sur les aimants, il est difficile de maintenir en position les aimants permanents à l'intérieur des cavités du corps de rotor.Given the high speed of rotation of the rotor (of the order 70000 revolutions / min in certain life situations) which generates very large centrifugal forces on the magnets, it is difficult to keep in position the permanent magnets inside. cavities of the rotor body.
La présente invention vise donc à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un rotor à aimants permanents, notamment pour machine électrique tournante, par exemple pour un turbo-chargeur électrique, comportant: - un corps de rotor définissant une pluralité de cavités, - un ensemble d’aimants permanents, notamment à aimantation radiale, logés dans lesdites cavités, caractérisé en ce que : au moins une cavité dudit corps de rotor comporte au moins un élément de plaquage pour le plaquage d’un aimant permanent correspondant contre une face interne de ladite cavité dudit corps de rotor. L'invention permet ainsi, du fait de la mise en position de l'élément de plaquage à l'intérieur de la cavité, de maintenir efficacement en position les aimants à l'intérieur des cavités en cas de vitesse de rotation élevée du rotor, et lors des phases d’accélération et de décélération. L’élément de plaquage peut être agencé de sorte qu’il se trouve dans le passage du flux magnétique généré par l’aimant permanent correspondant.The present invention therefore aims to effectively overcome this disadvantage by proposing a rotor with permanent magnets, in particular for a rotary electric machine, for example for an electric turbo-charger, comprising: a rotor body defining a plurality of cavities, a set permanent magnet, in particular with radial magnetization, housed in said cavities, characterized in that: at least one cavity of said rotor body comprises at least one plating element for the plating of a corresponding permanent magnet against an internal face of said cavity of said rotor body. The invention thus makes it possible, by placing the plating element in position inside the cavity, to effectively hold the magnets inside the cavities in position in the event of a high rotational speed of the rotor. and during the acceleration and deceleration phases. The plating element can be arranged so that it is in the passage of the magnetic flux generated by the corresponding permanent magnet.
Selon une réalisation, l'élément de plaquage est constitué par un ressort, notamment spirale, logé au moins partiellement dans un espace positionné du côté d'une des extrémités orthoradiales d'un aimant permanent correspondant. Selon une réalisation, la cavité comporte au moins un espace ménagé dans une extrémité orthoradiale. Cela permet de réduire les fuites magnétiques d’une machine équipée d’un tel rotor.According to one embodiment, the plating element is constituted by a spring, in particular spiral, housed at least partially in a space positioned on the side of one of the orthoradial ends of a corresponding permanent magnet. In one embodiment, the cavity comprises at least one space formed in an orthoradial end. This reduces the magnetic leakage of a machine equipped with such a rotor.
Selon une réalisation, une portion dudit ressort est en appui contre un aimant permanent correspondant, notamment contre une face de l’aimant dirigée vers un axe de rotation dudit rotor, pour appliquer une force sur l’aimant, dans une direction radiale. Une telle configuration permet un maintien radial de l’aimant.According to one embodiment, a portion of said spring is in abutment against a corresponding permanent magnet, in particular against a face of the magnet directed towards an axis of rotation of said rotor, for applying a force on the magnet in a radial direction. Such a configuration allows a radial retention of the magnet.
Selon une réalisation, ledit ressort comporte deux portions enroulées reliées entre elles par un bras.According to one embodiment, said spring comprises two wound portions interconnected by an arm.
Selon une réalisation, ledit ressort est agencé pour centrer un aimant permanent correspondant par rapport à des espaces situés de part et d'autre dudit aimant permanent. Selon une réalisation, le ressort est agencé pour appliquer une force sur l’aimant, dans une direction orthoradiale.According to one embodiment, said spring is arranged to center a corresponding permanent magnet with respect to spaces located on either side of said permanent magnet. In one embodiment, the spring is arranged to apply a force to the magnet in an orthoradial direction.
Selon une réalisation, chaque portion enroulée comporte au moins une spire qui est complète ou incomplète.In one embodiment, each wound portion comprises at least one turn that is complete or incomplete.
Selon une réalisation, ledit rotor comporte un décrochement, notamment distinct d’un espace, apte à recevoir une des portions enroulées.According to one embodiment, said rotor comprises a recess, in particular distinct from a space, adapted to receive one of the wound portions.
Selon une réalisation, une des portions enroulées dudit ressort épouse la forme d'un espace situé du côté d'une face d'extrémité orthoradiale d'un aimant permanent correspondant.According to one embodiment, one of the wound portions of said spring takes the form of a space located on the side of an orthoradial end face of a corresponding permanent magnet.
Selon une réalisation, un aimant permanent et un espace correspondant sont agencés de façon à permettre le passage libre du bras entre ledit aimant permanent et ledit corps de rotor. Ainsi, on obtient un blocage de l’aimant dans les deux axes avec une seule pièce.According to one embodiment, a permanent magnet and a corresponding space are arranged to allow free passage of the arm between said permanent magnet and said rotor body. Thus, we obtain a locking of the magnet in both axes with one piece.
Selon une réalisation, ledit rotor comporte, dans chaque cavité, un ressort unique, de longueur sensiblement égale à une hauteur d'un aimant permanent correspondant. Une telle configuration améliore la résistance à la centrifugation et aux variations de vitesse.According to one embodiment, said rotor comprises, in each cavity, a single spring, of length substantially equal to a height of a corresponding permanent magnet. Such a configuration improves resistance to centrifugation and speed variations.
Selon une réalisation, ledit ressort exerce un effort dans une zone d’appui couvrant sensiblement la totalité d'une hauteur d’un aimant permanent correspondant.According to one embodiment, said spring exerts a force in a bearing zone covering substantially all of a height of a corresponding permanent magnet.
Selon une réalisation, ledit ressort présente une zone d’appui couvrant une partie d'une hauteur d’un aimant permanent correspondant.In one embodiment, said spring has a bearing zone covering part of a height of a corresponding permanent magnet.
Selon une réalisation, plusieurs ressorts sont insérés au moins partiellement à l'intérieur d'un espace.In one embodiment, a plurality of springs are inserted at least partially within a space.
Selon une réalisation, chaque ressort présente une zone d’appui couvrant une partie d'une hauteur d'un aimant permanent correspondant, en particulier au niveau de chaque extrémité axiale dudit aimant permanent correspondant.According to one embodiment, each spring has a bearing zone covering a portion of a height of a corresponding permanent magnet, in particular at each axial end of said corresponding permanent magnet.
Selon une réalisation, au moins un ressort est situé respectivement à chaque extrémité orthoradiale d'un aimant permanent correspondant.According to one embodiment, at least one spring is respectively located at each orthoradial end of a corresponding permanent magnet.
Selon une réalisation, ledit ressort est réalisé dans un matériau amagnétique. Cela est rendu possible par le fait que le ressort ne se trouve pas dans le chemin principal du flux magnétique généré par l'aimant. Les spires sur l’axe orthoradial peuvent être amagnétiques, mais les spires sur l’axe radial sont de préférence magnétiques.According to one embodiment, said spring is made of a non-magnetic material. This is made possible by the fact that the spring is not in the main path of the magnetic flux generated by the magnet. The turns on the orthoradial axis may be nonmagnetic, but the turns on the radial axis are preferably magnetic.
Selon une réalisation, ledit ressort est réalisé dans un matériau magnétique.In one embodiment, said spring is made of a magnetic material.
Selon une réalisation, ledit ressort est réalisé dans un matériau bi-matière, notamment magnétique et amagnétique.According to one embodiment, said spring is made of a bi-material material, in particular magnetic and non-magnetic material.
Selon une réalisation, ledit rotor comporte au moins une butée de maintien orthoradiale d'un aimant permanent. Selon une réalisation, on utilise, pour chaque cavité, une butée et un ressort unique du côté opposé.According to one embodiment, said rotor comprises at least one orthoradial retention stopper of a permanent magnet. According to one embodiment, for each cavity, a stop and a single spring are used on the opposite side.
Alternativement, plusieurs ressorts sont positionnés du même côté dans un espace correspondant.Alternatively, several springs are positioned on the same side in a corresponding space.
Selon une réalisation, ledit élément de plaquage est distinct du corps de rotor.In one embodiment, said plating element is distinct from the rotor body.
Selon une réalisation, des espaces positionnés au niveau de faces d'extrémités orthoradiales de chaque aimant permanent sont remplis d'un matériau de remplissage tel qu'une colle et/ou une résine. L'invention concerne en outre un procédé de fabrication d'un rotor de machine électrique tournante, caractérisé en ce que ledit procédé comporte: - une étape de réalisation d'un corps de rotor définissant une pluralité de cavités, - une étape d'insertion, notamment simultanée, d'un aimant permanent et d'un élément de plaquage comprimé à l'intérieur de chaque cavité, et - une étape de relâchement de l'élément de plaquage de telle façon que l'élément de plaquage assure un plaquage de l’aimant permanent contre une face interne du corps délimitant la cavité correspondante. L'invention a également pour objet une machine électrique tournante comportant un stator bobiné et un rotor tel que précédemment défini.In one embodiment, spaces positioned at orthoradial end faces of each permanent magnet are filled with a filler material such as glue and / or resin. The invention furthermore relates to a method for manufacturing a rotor of a rotating electrical machine, characterized in that said method comprises: a step of producing a rotor body defining a plurality of cavities, an insertion step , in particular simultaneous, a permanent magnet and a compressed plating element inside each cavity, and - a step of releasing the plating element so that the plating element provides a plating of the permanent magnet against an inner face of the body defining the corresponding cavity. The invention also relates to a rotating electrical machine comprising a wound stator and a rotor as previously defined.
Selon une réalisation, ladite machine comporte un rotor muni de quatre aimants permanents.According to one embodiment, said machine comprises a rotor provided with four permanent magnets.
Selon une réalisation, ledit corps de rotor présente une périphérie externe délimitée par une face cylindrique de diamètre externe compris entre 20 mm et 50 mm, notamment compris entre 24 mm et 34 mm, et de préférence de l’ordre de 28 mm.According to one embodiment, said rotor body has an outer periphery delimited by a cylindrical face of external diameter between 20 mm and 50 mm, in particular between 24 mm and 34 mm, and preferably of the order of 28 mm.
Selon une réalisation, ladite machine présente un temps de réponse compris entre 100 ms et 600 ms, notamment compris entre 200 ms et 400 ms, par exemple étant de l’ordre de 250 ms pour passer de 5000 à 70000 tours/min. 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.According to one embodiment, said machine has a response time of between 100 ms and 600 ms, in particular between 200 ms and 400 ms, for example being of the order of 250 ms to go from 5000 to 70,000 revolutions / min. The invention will be better understood on reading the description which follows and on examining the figures which accompany it. These figures are given for illustrative but not limiting of the invention.
La figure 1 est une vue en coupe d'un turbocompresseur comportant une machine électrique tournante selon la présente invention;Figure 1 is a sectional view of a turbocharger comprising a rotary electric machine according to the present invention;
La figure 2 montre une vue en perspective du rotor de la machine électrique tournante selon la présente invention;Fig. 2 shows a perspective view of the rotor of the rotating electrical machine according to the present invention;
La figure 3 est une vue en coupe transversale du rotor de la machine électrique tournante selon la présente invention;Fig. 3 is a cross-sectional view of the rotor of the rotating electrical machine according to the present invention;
La figure 4 est une vue en perspective d'un aimant permanent destiné à être inséré à l'intérieur d'une cavité du rotor selon la présente invention;Fig. 4 is a perspective view of a permanent magnet for insertion into a cavity of the rotor according to the present invention;
La figure 5 montre une vue en coupe partielle illustrant une variante de réalisation du rotor de la machine électrique selon la présente invention.Figure 5 shows a partial sectional view illustrating an alternative embodiment of the rotor of the electric machine according to the present invention.
La figure 6a est une vue en perspective du rotor selon la présente invention illustrant l'utilisation d'un premier mode de réalisation d'un élément de plaquage des aimants constitué par une lame ressort;Figure 6a is a perspective view of the rotor according to the present invention illustrating the use of a first embodiment of a magnet plating element consisting of a spring blade;
La figure 6b est une vue en perspective d'un ensemble formé par un aimant et une lame ressort correspondant positionné à l'intérieur d'une cavité du rotor de la figure 6a;Figure 6b is a perspective view of an assembly formed by a magnet and a corresponding spring blade positioned within a cavity of the rotor of Figure 6a;
La figure 7a est une vue en perspective du rotor selon la présente invention illustrant l'utilisation d'un deuxième mode de réalisation d'un élément de plaquage des aimants constitué par une goupille élastique;Figure 7a is a perspective view of the rotor according to the present invention illustrating the use of a second embodiment of a magnet plating element constituted by an elastic pin;
Les figures 7b et 7c montrent respectivement des vues en perspective du corps du rotor et d'une goupille utilisés pour la réalisation du rotor de la figure 7a;Figures 7b and 7c show respectively perspective views of the rotor body and a pin used for producing the rotor of Figure 7a;
La figure 8a est une vue en perspective du rotor selon la présente invention illustrant l'utilisation d'un troisième mode de réalisation d'un élément de plaquage des aimants constitué par un ressort à spirales;Fig. 8a is a perspective view of the rotor according to the present invention illustrating the use of a third embodiment of a magnets plating element constituted by a spiral spring;
La figure 8b est une vue de dessus d'une cavité du rotor illustrant l'utilisation d'un ressort en spirales utilisé en combinaison avec une butée de maintien orthoradiale de l'aimant;Figure 8b is a top view of a rotor cavity illustrating the use of a spiral spring used in combination with an orthoradial holding stop of the magnet;
Les figures 8c et 8d sont des vues de dessus d'une cavité du rotor illustrant l'utilisation de ressort à spirales comportant des spires incomplètes;Figures 8c and 8d are top views of a rotor cavity illustrating the use of spiral spring with incomplete turns;
La figure 9a est une vue en perspective du rotor selon la présente invention illustrant l'utilisation d'un quatrième mode de réalisation d'un élément de plaquage des aimants constitué par un ressort incurvé;Fig. 9a is a perspective view of the rotor according to the present invention illustrating the use of a fourth embodiment of a magnet plating element constituted by a curved spring;
La figure 9b est une vue en perspective d'un ressort incurvé utilisé pour la réalisation du rotor de la figure 9a;Figure 9b is a perspective view of a curved spring used for producing the rotor of Figure 9a;
La figure 10a est une vue en perspective du rotor selon la présente invention illustrant l'utilisation d'un cinquième mode de réalisation d'un élément de plaquage des aimants constitué par un ressort en forme de V;Fig. 10a is a perspective view of the rotor according to the present invention illustrating the use of a fifth embodiment of a magnets plating element constituted by a V-shaped spring;
La figure 10b est une vue en perspective d'un ressort en forme de V utilisé pour la réalisation du rotor de la figure 10a;Figure 10b is a perspective view of a V-shaped spring used for making the rotor of Figure 10a;
La figure 11 est une vue partielle de dessus de la machine électrique tournante illustrant les différents entrefers en présence.Figure 11 is a partial view from above of the rotating electrical machine illustrating the different air gaps in the presence.
Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d’une figure à l’autre.Identical, similar or similar elements retain the same reference from one figure to another.
La figure 1 montre un turbocompresseur 1, dit turbo-chargeur électrique, comportant une turbine 2 munie d'ailettes 3 apte à aspirer, via une entrée 4, de l'air non-comprimé issu d'une source d'air (non représentée) et à refouler de l'air comprimé via la sortie 5 après passage dans une volute référencée 6. La sortie 5 pourra être reliée à un répartiteur d’admission (non représenté) situé en amont ou en aval du moteur 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 de la turbine 2, et le refoulement est réalisé suivant une direction radiale perpendiculaire à l'axe de la turbine 2. En variante, l'aspiration est radiale tandis que le refoulement est axial. 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 2 est entraînée par une machine électrique 7 montée à l'intérieur du carter 8. Cette machine électrique 7 comporte un stator 9, qui pourra être polyphasé, entourant un rotor 10 avec présence d'un entrefer. Ce stator 9 est monté dans le carter 8 configuré pour porter à rotation un arbre 19 par l'intermédiaire de roulements 20. L'arbre 19 est lié en rotation avec la turbine 2 ainsi qu'avec le rotor 10. Le stator 9 est de préférence monté dans le carter 8 par frettage.FIG. 1 shows a turbocharger 1, referred to as an electric turbo-charger, comprising a turbine 2 equipped with fins 3 able to suck, via an inlet 4, uncompressed air coming from an air source (not shown ) and discharge compressed air via the outlet 5 after passing through a volute referenced 6. The output 5 may be connected to an inlet distributor (not shown) located upstream or downstream of the engine to optimize the filling of the cylinders of the heat engine. In this case, the suction of the air is performed in an axial direction, that is to say along the axis of the turbine 2, and the discharge is made in a radial direction perpendicular to the axis of turbine 2. Alternatively, the suction is radial while the discharge is axial. Alternatively, the suction and the discharge are made in the same direction relative to the axis of the turbine (axial or radial). For this purpose, the turbine 2 is driven by an electric machine 7 mounted inside the housing 8. This electric machine 7 comprises a stator 9, which may be polyphase, surrounding a rotor 10 with the presence of an air gap. This stator 9 is mounted in the housing 8 configured to rotate a shaft 19 by means of bearings 20. The shaft 19 is connected in rotation with the turbine 2 as well as with the rotor 10. The stator 9 is preferably mounted in the housing 8 by hooping.
Afin de minimiser l'inertie de la turbine 2 lors d'une demande d'accélération de la part du conducteur, la machine électrique 7 présente un temps de réponse court compris entre 100 ms et 600 ms, notamment compris entre 200 ms et 400 ms, par exemple étant de l’ordre de 250 ms pour passer de 5000 à 70000 tours/min. De préférence, la tension d’utilisation est de 12 V et un courant en régime permanent est de l’ordre de 150 A. De préférence, la machine électrique 7 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 300 A, notamment entre 180 A et 220 A. En variante, la machine électrique 7 est apte à fonctionner en mode alternateur, ou est une machine électrique de type réversible.In order to minimize the inertia of the turbine 2 during an acceleration request from the driver, the electric machine 7 has a short response time of between 100 ms and 600 ms, in particular between 200 ms and 400 ms. for example being of the order of 250 ms to go from 5000 to 70000 revolutions / min. Preferably, the operating voltage is 12 V and a steady state current is of the order of 150 A. Preferably, the electric machine 7 is able to provide a peak current, that is to say a current delivered over a continuous period of less than 3 seconds, between 150 A and 300 A, in particular between 180 A and 220 A. In a variant, the electric machine 7 is able to operate in alternator mode, or is an electric machine of the type reversible.
Plus précisément, le stator 9 comporte un corps 91 constitué par un empilage de tôles minces formant une couronne, dont la face intérieure est pourvue d'encoches ouvertes vers l'intérieur pour recevoir des enroulements de phase d'un bobinage 92. Dans un bobinage de type ondulé réparti, les enroulements sont obtenus par exemple à partir d'un fil continu recouvert d'émail ou à partir d'éléments conducteurs en forme d'épingles en forme de U dont les extrémités libres sont reliées entre elles par soudage. Alternativement, dans un bobinage de type "concentrique", les enroulements de phase sont constitués par des bobines fermées sur elles-mêmes qui sont enroulées autour des dents du stator 9. La protection entre le paquet de tôles et le fil de bobinage est assurée soit par un isolant de type papier, soit par du plastique par surmoulage ou au moyen d'une pièce rapportée. Ces enroulements sont des enroulements polyphasés connectés en étoile ou en triangle dont les sorties sont reliées à une électronique de commande.More specifically, the stator 9 comprises a body 91 consisting of a stack of thin sheets forming a ring, whose inner face is provided with notches open inward to receive phase windings of a coil 92. In a winding of distributed corrugated type, the windings are obtained for example from a continuous wire coated with enamel or from conductive elements in the form of U-shaped pins whose free ends are interconnected by welding. Alternatively, in a "concentric" type winding, the phase windings are constituted by closed coils on themselves which are wound around the teeth of the stator 9. The protection between the package of sheets and the winding wire is ensured either by a paper-type insulator, either by plastic by overmolding or by means of an insert. These windings are polyphase windings connected in star or delta whose outputs are connected to a control electronics.
Par ailleurs, le rotor 10 d'axe de rotation X montré en détails sur la figure 2 est à aimants permanents. Le rotor 10 comporte un corps de rotor 11 formé ici par un empilement de tôles s'étendant dans un plan radial perpendiculaire à l'axe X afin de diminuer les courants de Foucault. Ce corps de rotor 11 est réalisé en matière ferromagnétique. Les tôles sont maintenues par des moyens de fixation 14, par exemple des rivets, traversant axialement de part en part l'empilement des tôles, ou avec des agrafes ou encore au moyen de boutons, ou encore par soudure ou collage des tôles pour formation d’un ensemble manipulable et transportable. A cet effet, une pluralité de trous de fixation 13 sont réalisés dans le corps de rotor 11 pour autoriser chacun le passage d'un moyen de fixation 14 des tôles du corps de rotor 11. En l'occurrence, les trous de fixation 13 sont de préférence traversants, c’est-à-dire qu'ils débouchent axialement sur chacune des extrémités axiales 17, 18 du corps de rotor 11, en sorte qu'il est possible de faire passer à l'intérieur de chaque trou 13 une tige 14 munie d'une tête 141 à une de ses extrémités et dont l'autre extrémité sera déformée par exemple par un procédé de bouterollage afin d'assurer le maintien axial du paquet de tôles. En variante, la tige 14 est dépourvue de tête 141 et les deux extrémités sont alors déformées par un procédé de bouterollage ou par frappe. En variante, les trous 13 pourront présenter une section de forme carrée, rectangulaire, ou toute autre forme adaptée au passage des moyens de fixation 14.On the other hand, the rotation axis rotor X shown in detail in FIG. 2 is permanent magnets. The rotor 10 comprises a rotor body 11 formed here by a stack of sheets extending in a radial plane perpendicular to the axis X in order to reduce the eddy currents. This rotor body 11 is made of ferromagnetic material. The sheets are held by fixing means 14, for example rivets, passing axially through the stack of sheets, or with staples or by means of buttons, or by welding or bonding the sheets to form a manipulable and transportable set. For this purpose, a plurality of fixing holes 13 are made in the rotor body 11 to allow each passage of a fastening means 14 of the sheets of the rotor body 11. In this case, the fixing holes 13 are preferably through, that is to say that they open axially on each of the axial ends 17, 18 of the rotor body 11, so that it is possible to pass inside each hole 13 a rod 14 provided with a head 141 at one of its ends and the other end will be deformed for example by a method of pegging to ensure the axial retention of the sheet package. Alternatively, the rod 14 is devoid of head 141 and the two ends are then deformed by a method of bouterollage or striking. As a variant, the holes 13 may have a section of square, rectangular shape, or any other shape adapted to the passage of the fastening means 14.
Le corps de rotor 11 peut être lié en rotation à l’arbre 19 de différentes manières, par exemple par emmanchement en force de l’arbre 19 cannelé à l’intérieur de l’ouverture centrale 12 du rotor 10, ou à l’aide d’un dispositif à clavette.The rotor body 11 can be rotatably connected to the shaft 19 in various ways, for example by force-fitting the splined shaft 19 inside the central opening 12 of the rotor 10, or by means of a keyed device.
Le corps de rotor 11 présente une périphérie interne 15 délimitant l'ouverture cylindrique centrale 12 ayant un diamètre interne D1 par exemple de l'ordre de 10mm, et une périphérie externe 16 délimitée par une face cylindrique de diamètre externe D2 compris entre 20 mm et 50 mm, notamment compris entre 24 mm et 34 mm, et de préférence de l’ordre de 28 mm. Le corps de rotor 11 présente également deux faces d'extrémité axiale 17, 18 de forme annulaire s'étendant entre la périphérie interne 15 et la périphérie externe 16.The rotor body 11 has an inner periphery 15 delimiting the central cylindrical opening 12 having an internal diameter D1 for example of the order of 10 mm, and an outer periphery 16 delimited by a cylindrical face of external diameter D 2 between 20 mm and 50 mm, especially between 24 mm and 34 mm, and preferably of the order of 28 mm. The rotor body 11 also has two annular axial end faces 17, 18 extending between the inner periphery 15 and the outer periphery 16.
Par ailleurs, un diamètre externe du stator 9 est compris entre 35 mm et 80 mm, notamment entre 45 mm et 55 mm, par exemple entre 48 mm et 52 mm.Furthermore, an outer diameter of the stator 9 is between 35 mm and 80 mm, in particular between 45 mm and 55 mm, for example between 48 mm and 52 mm.
Le rotor 10 comporte une pluralité de cavités 21 dans chacune desquelles est logé un aimant permanent 22. Chaque cavité 21 traverse axialement le corps de rotor 11 de part en part, c’est-à-dire d'une face d'extrémité axiale 17, 18 à l'autre. En variante, les cavités 21 peuvent comporter un fond pour le maintien axial de l’aimant, sur une extrémité axiale du corps de rotor.The rotor 10 comprises a plurality of cavities 21 in each of which is housed a permanent magnet 22. Each cavity 21 passes axially through the rotor body 11 from one side to the other, that is to say from an axial end face 17 , 18 to the other. Alternatively, the cavities 21 may include a bottom for the axial retention of the magnet, on an axial end of the rotor body.
Deux cavités 21 voisines sont séparées par un bras 25 issu d'une âme 26 du rotor 10, en sorte qu'il existe une alternance de cavités 21 et de bras 25 lorsque l'on suit une circonférence du rotor 10. Le corps de rotor 11 comporte également des parois polaires 31 situées chacune entre deux bras 25 adjacents. Chaque paroi polaire 31 s'étend entre une face interne 36 en contact avec un aimant permanent 22 et la périphérie externe du rotor 10. En outre, chaque bras 25 est raccordé à une paroi polaire 31 correspondante par l’intermédiaire d’un pont 32.Two adjacent cavities 21 are separated by an arm 25 coming from a core 26 of the rotor 10, so that there is an alternation of cavities 21 and arm 25 when following a circumference of the rotor 10. The rotor body 11 also comprises polar walls 31 each located between two adjacent arms 25. Each pole wall 31 extends between an inner face 36 in contact with a permanent magnet 22 and the outer periphery of the rotor 10. In addition, each arm 25 is connected to a corresponding polar wall 31 via a bridge 32 .
Ainsi, comme on peut le voir sur la figure 3, les cavités 21 sont délimitées chacune par deux faces 35 de deux bras 25 adjacents tournées l'une vers l'autre, une face interne 36 plate d'une paroi polaire 31 s'étendant suivant une direction orthoradiale, une face 37 plate ménagée dans l'âme 26 parallèle à la face 36, et les faces internes 38 de deux ponts 32. Les jonctions entre les faces 35 et 38 pourront être arrondies afin de faciliter la fabrication des pièces.Thus, as can be seen in FIG. 3, the cavities 21 are each delimited by two faces 35 of two adjacent arms 25 facing each other, a flat inner face 36 of a polar wall 31 extending following an orthoradial direction, a flat face 37 formed in the core 26 parallel to the face 36, and the inner faces 38 of two bridges 32. The junctions between the faces 35 and 38 may be rounded to facilitate the manufacture of parts.
Dans le cas présent, comme cela est bien visible sur la figure 4, les aimants permanents 22 ont une forme de parallélépipède rectangle dont les angles sont légèrement biseautés. Les aimants 22 présentent ainsi une section transversale rectangulaire sensiblement constante. Les aimants 22 sont à aimantation radiale, c’est-à-dire que les deux faces 41, 42 parallèles l'une par rapport à l'autre ayant une orientation orthoradiale sont magnétisées de manière à pouvoir générer un flux magnétique suivant une orientation radiale M par rapport à l'axe X. Parmi ces faces 41, 42 parallèles, on distingue la face interne 41 située du côté de l'axe X du rotor 10 et la face externe 42 située du côté de la périphérie externe 16 du rotor 10.In the present case, as is clearly visible in FIG. 4, the permanent magnets 22 have a rectangular parallelepiped shape whose angles are slightly bevelled. The magnets 22 thus have a substantially constant rectangular cross-section. The magnets 22 are radially magnetized, that is to say that the two faces 41, 42 parallel to each other having an orthoradial orientation are magnetized so as to be able to generate a magnetic flux in a radial orientation M with respect to the axis X. Among these faces 41, 42 parallel, there is the internal face 41 located on the X axis side of the rotor 10 and the outer face 42 located on the side of the outer periphery 16 of the rotor 10 .
Comme cela est bien visible sur les figures 3 et 5 où les lettres N et S correspondent respectivement aux pôles Nord et Sud, les aimants 22 situés dans deux cavités 21 consécutives sont de polarités alternées. Ainsi, d'une cavité 21 à l'autre; les faces internes 41 des aimants 22 en appui contre la face plate 37 ménagée dans l'âme 26 présentent une polarité alternée, et les faces externes 42 des aimants 22 en contact avec la face interne 36 de la paroi polaire 31 correspondante présentent une polarité alternée.As is clearly visible in FIGS. 3 and 5, where the letters N and S respectively correspond to the North and South poles, the magnets 22 located in two consecutive cavities 21 are of alternating polarity. Thus, from one cavity 21 to the other; the inner faces 41 of the magnets 22 bearing against the flat face 37 formed in the core 26 have an alternating polarity, and the outer faces 42 of the magnets 22 in contact with the inner face 36 of the corresponding polar wall 31 have an alternating polarity .
Les faces internes 41 et externes 42 de chaque aimant 22 sont en l'occurrence planes, comme les autres faces de chaque aimant 22. En variante, comme cela a été représenté sur la figure 5, la face externe 42 de chaque aimant 22 est courbée, tandis que la face interne 41 de l'aimant 22 est plate, ou inversement. La face interne 36 de la paroi polaire 31 présente alors une forme courbe correspondante. On améliore ainsi le maintien de l'aimant 22 à l'intérieur d'une cavité 21. Alternativement, les deux faces latérales 41 et 42 sont courbées dans le même sens (cf. trait pointillé 50), en sorte que chaque aimant 22 présente globalement une forme de tuile.The inner 41 and outer 42 faces of each magnet 22 are in this case flat, like the other faces of each magnet 22. In a variant, as has been shown in FIG. 5, the outer face 42 of each magnet 22 is curved. , while the inner face 41 of the magnet 22 is flat, or vice versa. The inner face 36 of the polar wall 31 then has a corresponding curved shape. This improves the retention of the magnet 22 inside a cavity 21. Alternatively, the two lateral faces 41 and 42 are bent in the same direction (see dashed line 50), so that each magnet 22 presents overall a tile shape.
Par ailleurs, les aimants 22 ne remplissent pas complètement les cavités 21, de telle façon qu'il existe deux espaces vides 45 de part et d'autre de l'aimant 22 suivante une direction orthoradiale. Ces espaces sont délimitées par des faces d'extrémités orthoradiales des aimants 22 et les faces de la cavité 21 en vis-à-vis. Ces espaces 45 s'étendent longitudinalement suivant les faces d'extrémités orthoradiales des aimants 22. Le volume d'air délimité par l'ensemble des espaces 45 du rotor 10 permet de réduire l'inertie du rotor 10.Furthermore, the magnets 22 do not completely fill the cavities 21, so that there are two voids 45 on either side of the magnet 22 following an orthoradial direction. These spaces are delimited by orthoradial end faces of the magnets 22 and the faces of the cavity 21 vis-à-vis. These spaces 45 extend longitudinally along the orthoradial end faces of the magnets 22. The volume of air delimited by the set of spaces 45 of the rotor 10 makes it possible to reduce the inertia of the rotor 10.
Les aimants 22 sont de préférence réalisés en terre rare afin de maximiser la puissance magnétique de la machine 7. En variante, ils pourront toutefois être réalisés en ferrite selon les applications et la puissance recherchée de la machine électrique 7. Alternativement, les aimants 22 peuvent être de nuances différentes pour réduire les coûts. Par exemple, on alterne dans les cavités 21 l'utilisation d'un aimant en terre rare et d'un aimant en ferrite moins puissant mais moins coûteux. Certaines cavités 21 pourront également être laissées vides en fonction de la puissance recherchée de la machine électrique 7. Par exemple, deux cavités 21 diamétralement opposés peuvent être vides. Le nombre de cavités 21 est de préférence, comme cela est représenté, égal à quatre tout comme le nombre d'aimants 22 associés. Il est toutefois possible d'augmenter le nombre de cavités 21 et d'aimants 22 en fonction de l'application. Par ailleurs, un aimant permanent 22 unique est de préférence inséré à l’intérieur de chaque cavité 21. En variante, on pourra utiliser plusieurs aimants 22 empilés l'un sur l'autre à l'intérieur d'une même cavité 21. On pourra par exemple utiliser deux aimants permanents 22 empilés axialement ou orthoradialement l'un sur l'autre qui pourront le cas échéant être de nuances différentes.The magnets 22 are preferably made of rare earth in order to maximize the magnetic power of the machine 7. Alternatively, however, they may be made of ferrite according to the applications and the desired power of the electric machine 7. Alternatively, the magnets 22 can be of different shades to reduce costs. For example, the cavities 21 are alternated with the use of a rare earth magnet and a less powerful but less expensive ferrite magnet. Some cavities 21 may also be left empty depending on the desired power of the electric machine 7. For example, two cavities 21 diametrically opposed may be empty. The number of cavities 21 is preferably, as shown, equal to four as the number of magnets 22 associated. It is however possible to increase the number of cavities 21 and magnets 22 depending on the application. Furthermore, a single permanent magnet 22 is preferably inserted inside each cavity 21. In a variant, it will be possible to use several magnets 22 stacked one on the other inside the same cavity 21. For example, it will be possible to use two permanent magnets 22 stacked axially or orthoradially on one another, which may, if necessary, be of different shades.
En outre, des éléments de plaquage 51 sont intercalés entre le corps de rotor 11 et chaque aimant 22, pour assurer le maintien de chaque aimant permanent 22 à l'intérieur de la cavité 21 correspondante. Chaque élément de plaquage 51 est agencé, de sorte que l'élément de plaquage 51 se trouve dans le passage du flux magnétique radial généré par l'aimant 22 correspondant. Chaque élément de plaquage 51 assure un plaquage de l’aimant 22 contre la face interne 36 de chaque cavité 21 par application d'un effort de direction radiale. En variante, les éléments de plaquage 51 pourraient être positionnés du côté opposé de l'aimant 22 de manière à assurer un plaquage de l'aimant 22 contre la face interne opposée 36.In addition, plating elements 51 are interposed between the rotor body 11 and each magnet 22, to ensure the maintenance of each permanent magnet 22 inside the corresponding cavity 21. Each plating element 51 is arranged, so that the plating element 51 is in the passage of the radial magnetic flux generated by the corresponding magnet 22. Each plating element 51 provides a plating of the magnet 22 against the inner face 36 of each cavity 21 by applying a radial direction force. Alternatively, the plating elements 51 could be positioned on the opposite side of the magnet 22 so as to ensure a plating of the magnet 22 against the opposite inner face 36.
Dans le mode de réalisation des figures 6a et 6b, l'élément de plaquage 51 est constitué par une lame ressort 511 incurvée. Un creux 55 de la lame 511 incurvée est dirigé du côté d'un arbre du rotor 10. Lorsque la lame 511, qui est rapportée par rapport au corps de rotor 11, est positionnée entre le corps 11 et l'aimant 22, la hauteur du creux 55 diminue par déformation élastique en sorte que la lame 511 est dans un état comprimé. Par réaction, la lame 511 applique alors un effort radial contre l'aimant 22 correspondant de manière à le plaquer contre la face interne 36.In the embodiment of FIGS. 6a and 6b, the plating element 51 is constituted by a curved spring blade 511. A recess 55 of the curved blade 511 is directed towards a shaft of the rotor 10. When the blade 511, which is attached relative to the rotor body 11, is positioned between the body 11 and the magnet 22, the height hollow 55 decreases by elastic deformation so that the blade 511 is in a compressed state. By reaction, the blade 511 then applies a radial force against the corresponding magnet 22 so as to press against the inner face 36.
Dans l'exemple de réalisation, les bords de la lame 511 coïncident sensiblement avec les bords de l'aimant 22 comme cela est bien visible en figure 6b. Cela permet de limiter au maximum le volume d'air qui perturbe la propagation du flux magnétique.In the exemplary embodiment, the edges of the blade 511 substantially coincide with the edges of the magnet 22 as can be seen in FIG. 6b. This makes it possible to limit as much as possible the volume of air which disturbs the propagation of the magnetic flux.
Dans tous les cas, la lame ressort 511 a une surface au moins égale à 40%, notamment au moins égale à 60%, par exemple au moins égale à 80% de la surface de l'aimant 22 contre lequel la lame vient en vis-à-vis.In all cases, the leaf spring 511 has a surface at least equal to 40%, especially at least 60%, for example at least equal to 80% of the surface of the magnet 22 against which the blade comes into screws -a-vis.
La lame ressort 511 comprend des pattes de maintien axial 52 de l'aimant 22. Suivant chacun de ses bords d'extrémité axial, la lame 511 comporte ainsi au moins une patte 52 repliée de manière à venir en appui contre une face d'extrémité axiale de l'aimant 22 et au moins une patte 52 destinée à venir en appui contre une face d'extrémité du corps de rotor 11.The leaf spring 511 comprises axially holding tabs 52 of the magnet 22. Next to each of its axial end edges, the blade 511 thus comprises at least one tab 52 folded so as to bear against an end face axial axis of the magnet 22 and at least one lug 52 intended to bear against an end face of the rotor body 11.
En l'occurrence, la lame 511 comprend à chacun de ses bords d'extrémité axiaux deux pattes centrales 52 repliées de manière à venir en contact contre une face d'extrémité d'un aimant 22 correspondant, ainsi que deux pattes extrêmes 52 repliées de manière à venir en contact contre une face d'extrémité du corps de rotor 11. En variante, la disposition des pattes 52 plaquées sur la face de l'aimant 22 et le rotor 10 est inversée. Le nombre et la disposition des pattes 52 le long des bords de la lame 511 pourront bien entendu être adaptés en fonction de l'application, et en particulier de la taille de l'aimant 22 à maintenir dans la cavité 21. Une telle configuration du ressort 511 permet ainsi de supprimer les flasques de maintien axial des aimants 22 à l'intérieur des cavités 21.In this case, the blade 511 comprises at each of its axial end edges two central lugs 52 folded so as to come into contact with an end face of a corresponding magnet 22, as well as two end tabs 52 folded back. so as to come into contact against an end face of the rotor body 11. In a variant, the arrangement of the lugs 52 plated on the face of the magnet 22 and the rotor 10 is reversed. The number and arrangement of the tabs 52 along the edges of the blade 511 can of course be adapted according to the application, and in particular the size of the magnet 22 to be maintained in the cavity 21. Such a configuration of the spring 511 thus makes it possible to eliminate the axial holding flanges of the magnets 22 inside the cavities 21.
La lame 511 pourra également comporter, le cas échéant, des pattes 53 de maintien latéral d’un aimant 22 correspondant (cf. figure 6b). Cela permet de garantir un centrage de l'aimant 22 dans la cavité 21 par rapport aux espaces 45. Alternativement ou en complément des pattes 52, 53, le rotor 10 pourra également comporter au moins une butée 54 de maintien orthoradiale de chaque aimant de l'ensemble d'aimants 22 de manière à le centrer par rapport aux espaces 45, comme illustré en figure 8b. La butée 54 pourra être formée par un épaulement longitudinal réalisé dans le corps de rotor 11.The blade 511 may also include, if necessary, tabs 53 for lateral retention of a corresponding magnet 22 (see Figure 6b). This makes it possible to guarantee a centering of the magnet 22 in the cavity 21 with respect to the spaces 45. Alternatively or in addition to the tabs 52, 53, the rotor 10 may also include at least one stopper 54 for orthoradial retention of each magnet of the magnet. magnet assembly 22 so as to center it with respect to the spaces 45, as illustrated in FIG. 8b. The stop 54 may be formed by a longitudinal shoulder formed in the rotor body 11.
Comme cela est visible sur la figure 11, la machine comporte un entrefer total Etot, mesuré le long d’un rayon R1 de la machine coupant un aimant permanent 22, l’entrefer total étant la somme d'un premier entrefer E1 entre le stator 80 et le rotor 10 et d'un deuxième entrefer E2 entre une paroi de la cavité 21 et une face de l’aimant permanent 22 correspondant. L’entrefer total Etot est de préférence compris entre 0,1 et 0,6 mm, par exemple sensiblement égal à 0,3 mm. Chaque aimant permanent 22 présente une épaisseur moyenne d’environ 2 à 5 mm, par exemple sensiblement égal à 3 mm.As can be seen in FIG. 11, the machine comprises a total gap Etot, measured along a radius R1 of the machine cutting a permanent magnet 22, the total air gap being the sum of a first air gap E1 between the stator 80 and the rotor 10 and a second gap E2 between a wall of the cavity 21 and a face of the corresponding permanent magnet 22. The total air gap Etot is preferably between 0.1 and 0.6 mm, for example substantially equal to 0.3 mm. Each permanent magnet 22 has an average thickness of about 2 to 5 mm, for example substantially equal to 3 mm.
Un ratio entre la plus petite épaisseur E d’un aimant 22 et la largeur maximale de l’entrefer total Etot est compris entre 3 et 50, notamment entre 10 et 15.A ratio between the smallest thickness E of a magnet 22 and the maximum width of the total gap Etot is between 3 and 50, especially between 10 and 15.
La lame 511 est réalisée de préférence au moins partiellement, de préférence totalement, en matériau magnétique tel que le fer ou une nuance d'aciers afin de permettre la transmission du flux magnétique radial dans le chemin duquel se trouve la lame 511.The blade 511 is preferably made at least partially, preferably completely, of a magnetic material such as iron or a steel shade in order to allow the transmission of the radial magnetic flux in the path of which the blade 511 is located.
Dans le cas présent, la lame 511 exerce un effort dans une zone d’appui couvrant sensiblement la totalité de la hauteur H de l’aimant 22 mesurée suivant une direction axiale. Plus généralement, la lame 511 exerce une force dans une zone d'appui sur au moins 10% de la hauteur H de l’aimant permanent 22. Dans une variante de réalisation, on utilise une pluralité de lames 511 exerçant chacun une zone d’appui sur une partie de la hauteur d'un aimant permanent 22 correspondant. Les espaces 45 positionnés au niveau des faces extrémités orthoradiales de chaque aimant 22 pourront si besoin être remplis d'un matériau de remplissage, tel que de la colle et/ou de la résine, ou tout autre matériau adapté.In this case, the blade 511 exerts a force in a bearing zone covering substantially the entire height H of the magnet 22 measured in an axial direction. More generally, the blade 511 exerts a force in a bearing zone over at least 10% of the height H of the permanent magnet 22. In an alternative embodiment, a plurality of blades 511 each exerting a zone of pressing on part of the height of a corresponding permanent magnet 22. The spaces 45 positioned at the orthoradial end faces of each magnet 22 may if necessary be filled with a filling material, such as glue and / or resin, or any other suitable material.
Dans le mode de réalisation des figures 7a à 7c, l'élément de plaquage 51 est constitué par une goupille 512. La goupille 512 présente une forme annulaire allongée suivant une direction axiale. La goupille 512 est munie d'une fente 57 longitudinale traversant une paroi 58 annulaire de part en part pour lui conférer son élasticité. La goupille 512 présente ainsi une section en forme d'anneau fendu. Les extrémités 59 de la goupille 512 bien visibles sur la figure 7c sont de préférence biseautées. En l'occurrence, la goupille 512 est montée comprimée dans un décrochement 60 réalisé dans le paquet de tôle ayant une forme complémentaire de la goupille 512 (cf. figure 7a et 7b). Le décrochement 60 délimite ainsi une forme de portion de cylindre. Dans l'état comprimé, les extrémités libres de l'anneau délimité par la goupille 512 sont rapprochées l'une de l'autre, de telle façon que la goupille 512 exerce par réaction un effort radial sur l'aimant 22 de manière à plaquer l'aimant 22 contre la face interne 36.In the embodiment of FIGS. 7a to 7c, the plating element 51 is constituted by a pin 512. The pin 512 has an elongated annular shape in an axial direction. The pin 512 is provided with a longitudinal slot 57 passing through an annular wall 58 from one side to give it its elasticity. The pin 512 thus has a split ring-shaped section. The ends 59 of the pin 512 clearly visible in Figure 7c are preferably beveled. In this case, the pin 512 is mounted compressed in a recess 60 made in the sheet package having a shape complementary to the pin 512 (see Figure 7a and 7b). The recess 60 thus delimits a cylinder portion shape. In the compressed state, the free ends of the ring delimited by the pin 512 are brought closer to each other, so that the pin 512 exerts a radial force on the magnet 22 in order to flatten the magnet 22 against the inner face 36.
Dans chaque cavité 21, le rotor 10 comporte ici une goupille 512 unique qui présente une longueur sensiblement égale à la hauteur H de l'aimant 22. La goupille 512 exerce ainsi un effort dans une zone d’appui couvrant la totalité de la hauteur H de l’aimant 22, ce qui permet d'homogénéiser l'effort d'appui sur l'aimant 22. La zone d'appui est sensiblement linéaire, dans la mesure où elle correspond à l'intersection entre un plan (la face plane 36 de l'aimant 22) et un cylindre (correspondant à la périphérie externe de la goupille 512).In each cavity 21, the rotor 10 here comprises a single pin 512 which has a length substantially equal to the height H of the magnet 22. The pin 512 thus exerts a force in a bearing zone covering the entire height H of the magnet 22, which makes it possible to homogenize the bearing force on the magnet 22. The bearing zone is substantially linear, insofar as it corresponds to the intersection between a plane (the flat face 36 of the magnet 22) and a cylinder (corresponding to the outer periphery of the pin 512).
En variante, plusieurs goupilles 512 sont insérées à l'intérieur de chaque cavité 21. Chaque goupille 512 pourra alors présenter une zone d’appui couvrant une partie de la hauteur H' d'un aimant permanent 22 correspondant, en particulier au niveau de chaque extrémité axiale de l'aimant 22 (cf. figure 7b). Chaque goupille 512 présente de préférence une zone d'appui couvrant au moins 10%, notamment 50%, de la hauteur de l'aimant 22. Deux goupilles 512 au moins pourront être alignées sensiblement suivant un même axe.As a variant, several pins 512 are inserted inside each cavity 21. Each pin 512 may then have a bearing zone covering part of the height H 'of a corresponding permanent magnet 22, in particular at the level of each axial end of the magnet 22 (see Figure 7b). Each pin 512 preferably has a bearing zone covering at least 10%, especially 50%, of the height of the magnet 22. At least two pins 512 may be aligned substantially along the same axis.
Alternativement, une goupille 512 est située respectivement à chaque extrémité orthoradiale de l'aimant 22, comme dans le cas de l'utilisation des ressorts à spirales 513 (cf. figure 8a). Plusieurs goupilles 512 pourront également être positionnées à chaque extrémité orthoradiale de l'aimant 22. De telle configuration permettent d'éviter la perturbation du flux dans la partie centrale de l'aimant 22.Alternatively, a pin 512 is located respectively at each orthoradial end of the magnet 22, as in the case of the use of the spiral springs 513 (see Figure 8a). Several pins 512 may also be positioned at each orthoradial end of the magnet 22. Such a configuration makes it possible to avoid the disturbance of the flow in the central part of the magnet 22.
Un ratio entre une hauteur L1 d'un décrochement 60 mesuré suivant l'axe radial par rapport au diamètre extérieur L2 d'une goupille 512 correspondante est compris entre 0,4 et 0,7, notamment entre 0,5 et 0,6. Un tel ratio permet d'optimiser le compromis entre l'effort de poussée appliqué par la goupille 512 sur l'aimant 22 et la limitation de la lame d'air (entre la face 37 et la face en vis-à-vis de l'aimant 22) perturbant la propagation du flux dans le rotor 10. La goupille 512 est par ailleurs réalisée au moins partiellement, de préférence totalement dans un matériau magnétique afin de ne pas perturber la transmission du flux magnétique d'orientation radiale généré par l'aimant 22 correspondant. Dans l’exemple représenté, le diamètre d'une goupille 512 est compris entre 1 et 2,5 mm, et est par exemple de l'ordre de 1,5 mm.A ratio between a height L1 of a recess 60 measured along the radial axis relative to the outside diameter L2 of a corresponding pin 512 is between 0.4 and 0.7, especially between 0.5 and 0.6. Such a ratio makes it possible to optimize the compromise between the thrust force applied by the pin 512 on the magnet 22 and the limitation of the air gap (between the face 37 and the face opposite the magnet 22) disturbing the propagation of the flux in the rotor 10. The pin 512 is also made at least partially, preferably completely in a magnetic material so as not to disturb the transmission of the radial-oriented magnetic flux generated by the corresponding magnet 22. In the example shown, the diameter of a pin 512 is between 1 and 2.5 mm, and is for example of the order of 1.5 mm.
Dans le mode de réalisation des figures 8a à 8d, l'élément de plaquage 51 est constitué par au moins un ressort à spirales 513 logé au moins partiellement dans un espace 45 positionné du côté d'une des extrémités orthoradiales de l'aimant 22. Le ressort 513 applique une force ayant une direction sensiblement radiale sur l'aimant 22 correspondant de manière à plaquer l'aimant 22 correspondant contre la face interne 36. A cet effet, une portion du ressort 513 est en appui contre l'aimant 22.In the embodiment of FIGS. 8a to 8d, the plating element 51 is constituted by at least one spiral spring 513 housed at least partially in a space 45 positioned on the side of one of the orthoradial ends of the magnet 22. The spring 513 applies a force having a substantially radial direction on the corresponding magnet 22 so as to press the corresponding magnet 22 against the inner face 36. For this purpose, a portion of the spring 513 bears against the magnet 22.
Plus précisément, deux ressorts 513 sont positionnés de part et d'autre de l'aimant 22 suivant une direction orthoradiale. Une telle configuration permet ainsi de réduire les fuites magnétiques de la machine. Chaque ressort 513, qui est rapporté par rapport au corps de rotor 11, comporte une première 61 et une deuxième 62 portions enroulées reliées entre elles par un bras 63, comme cela est visible sur les figures 8a et 8b. Dans l'exemple représenté, chaque portion enroulée 61, 62 comporte une pluralité de spires 64. En variante, chaque portion enroulée 61,62 comporte au moins une spire 64 qui pourra être complète ou incomplète. Les figures 8a et 8b illustrent ainsi des ressorts 513 munis de portions 61,62 formées par des spires 64 incomplètes ayant des sens d'enroulement inversés.More specifically, two springs 513 are positioned on either side of the magnet 22 in a orthoradial direction. Such a configuration thus makes it possible to reduce the magnetic leakage of the machine. Each spring 513, which is attached relative to the rotor body 11, has a first 61 and a second 62 wound portions interconnected by an arm 63, as can be seen in Figures 8a and 8b. In the example shown, each wound portion 61, 62 comprises a plurality of turns 64. As a variant, each wound portion 61, 62 comprises at least one turn 64 which may be complete or incomplete. Figures 8a and 8b thus illustrate springs 513 provided with portions 61,62 formed by incomplete turns 64 having reversed winding directions.
La première portion enroulée 61 est positionnée à l'intérieur d'un des espaces 45, de manière à épouser la forme de l'espace 45. La deuxième portion enroulée 62 est positionnée à l'intérieur d'un décrochement 60 de forme correspondante ménagé dans le corps de rotor 11. Le décrochement 60 présente ainsi une forme de portion de cylindre. L'aimant 22 et l'espace 45 correspondant sont agencés de façon à permettre le passage libre du bras 63 entre l'aimant 22 et le corps de rotor 11. Comme cela est illustré sur la figure 8a, le fait de positionner une portion enroulée 61 d'un ressort 513 dans chaque espace 45 permet de garantir le centrage de l'aimant 22 par rapport à ces espaces 45.The first wound portion 61 is positioned inside one of the spaces 45, so as to match the shape of the space 45. The second wound portion 62 is positioned inside a recess 60 of corresponding shape arranged in the rotor body 11. The recess 60 thus has a cylinder portion shape. The magnet 22 and the corresponding space 45 are arranged so as to allow free passage of the arm 63 between the magnet 22 and the rotor body 11. As shown in FIG. 8a, positioning a wound portion 61 of a spring 513 in each space 45 makes it possible to guarantee the centering of the magnet 22 with respect to these spaces 45.
Dans l'état comprimé, les portions enroulées 61, 62 sont écartées angulairement l'une de l'autre par rapport à leur position dans l'état de repos du ressort 513, de telle façon que la portion enroulée 62 exerce par réaction, suivant une zone d'appui, un effort ayant une direction sensiblement radial sur l'aimant 22 de manière à le plaquer contre la face interne 36. La zone d'appui du ressort 513 contre l'aimant 22 est linéaire dans la mesure où elle correspond à l'intersection entre la face interne plane 36 et la portion enroulée 62 de forme globalement cylindrique. Cette zone d'appui couvre en l'occurrence sensiblement la totalité de la hauteur H de l’aimant 22.In the compressed state, the wound portions 61, 62 are angularly spaced from one another relative to their position in the rest state of the spring 513, so that the wound portion 62 exerts by reaction, following a bearing zone, a force having a substantially radial direction on the magnet 22 so as to press against the inner face 36. The bearing zone of the spring 513 against the magnet 22 is linear insofar as it corresponds at the intersection between the flat inner face 36 and the wound portion 62 of generally cylindrical shape. This bearing zone covers substantially the entire height H of the magnet 22.
Alternativement, plusieurs ressorts 513 sont insérés à l'intérieur de chaque espace 45. Chaque ressort 513 présente une zone d’appui couvrant une partie de la hauteur H' d'un aimant permanent 22, en particulier au niveau de chaque extrémité axiale de l'aimant 22.Alternatively, several springs 513 are inserted inside each space 45. Each spring 513 has a bearing zone covering part of the height H 'of a permanent magnet 22, in particular at each axial end of the spring. magnet 22.
Dans le mode de réalisation montré sur la figure 8b, on utilise dans chaque cavité 21 un ressort 513 unique et une butée 54 sous forme d'un épaulement longitudinal réalisé dans le corps de rotor 11 pour assurer un maintien orthoradial de l'aimant 22 correspondant. Les espaces 45 pourront si besoin être remplis de colle et/ou de résine.In the embodiment shown in Figure 8b, is used in each cavity 21 a single spring 513 and a stop 54 in the form of a longitudinal shoulder formed in the rotor body 11 to ensure orthoradial retention of the corresponding magnet 22 . Spaces 45 may if necessary be filled with glue and / or resin.
Etant donné que les ressorts 513 sont positionnés en appui contre les extrémités orthoradiales de l'aimant 22, les ressorts 513 perturbent peu le flux magnétique central généré par l'aimant 22. En conséquence, les ressorts 513 peuvent être réalisés dans un matériau amagnétique. En variante, les ressorts 513 sont réalisés dans un matériau magnétique. En variante, chaque ressort 513 est réalisé dans un matériau bi-matière, c’est-à-dire que la portion enroulée 61 située dans un espace 45 est réalisé en matériau amagnétique et la portion enroulée 62 située en appui contre l'aimant 22 est réalisée dans un matériau magnétique afin de minimiser les perturbations magnétiques.Since the springs 513 are positioned in abutment with the orthoradial ends of the magnet 22, the springs 513 do little to disturb the central magnetic flux generated by the magnet 22. As a result, the springs 513 can be made of a non-magnetic material. Alternatively, the springs 513 are made of a magnetic material. As a variant, each spring 513 is made of a bi-material material, that is to say that the wound portion 61 situated in a space 45 is made of non-magnetic material and the wound portion 62 bears against the magnet 22 is made of a magnetic material to minimize magnetic disturbances.
Dans le mode de réalisation des figures 9a et 9b, pour assurer un maintien des aimants 22 à l'intérieur des cavités 21, le rotor 10 comporte, dans chaque cavité 21, un ressort 514 monté comprimé par écrasement suivant sa hauteur entre le corps de rotor 11 et les aimants permanents 22. Chaque ressort 514 exerce ainsi par déformation un effort radial sur les aimants 22 de l'intérieur vers l'extérieur du rotor 10. A cet effet, chaque ressort 514 est positionné dans un décrochement 60 longitudinal. Ce décrochement 60 de section rectangulaire est prévu afin de minimiser la lame d'air entre l'aimant 22 et la face interne 37 en vis-à-vis de l'aimant 22. Comme cela est bien visible sur la figure 9b, chaque ressort 514, réalisé par exemple en acier inoxydable, comporte une portion arrondie centrale 67, et deux portions arrondies d'extrémité 68 situées de part et d'autre de la portion centrale 67.In the embodiment of FIGS. 9a and 9b, in order to maintain the magnets 22 inside the cavities 21, the rotor 10 comprises, in each cavity 21, a spring 514 mounted compressed by crushing along its height between the body of rotor 11 and the permanent magnets 22. Each spring 514 thereby deforms a radial force on the magnets 22 from the inside to the outside of the rotor 10. For this purpose, each spring 514 is positioned in a longitudinal recess 60. This recess 60 of rectangular section is provided to minimize the air gap between the magnet 22 and the inner face 37 vis-à-vis the magnet 22. As can be seen in Figure 9b, each spring 514, made for example of stainless steel, has a central rounded portion 67, and two rounded end portions 68 located on either side of the central portion 67.
La portion centrale 67 et les portions d'extrémité 68 présentent des courbures inversées. Le rayon de courbure de la portion centrale 67 est supérieur au rayon de courbure des portions d'extrémité 68. Ce ressort 514 rattrape ainsi les jeux de sorte que les tolérances de fabrication peuvent être grandes. Chaque ressort 514 présente de préférence une extrémité biseautée 69 pour faciliter l'insertion dans la cavité 21. Chaque ressort 514 comporte en outre une fente 70 le long de l'extrémité biseautée 69 pour réduire la rigidité de l'extrémité biseautée.The central portion 67 and the end portions 68 have inverted curvatures. The radius of curvature of the central portion 67 is greater than the radius of curvature of the end portions 68. This spring 514 and catches the games so that the manufacturing tolerances can be large. Each spring 514 preferably has a tapered end 69 to facilitate insertion into the cavity 21. Each spring 514 further includes a slot 70 along the tapered end 69 to reduce the rigidity of the beveled end.
Dans le cas présent, chaque ressort 514 exerce un effort dans une zone d’appui couvrant sensiblement la totalité de la hauteur H de l’aimant 22. Dans une variante de réalisation, on utilise une pluralité de ressorts 514 exerçant chacun une zone d’appui sur une partie de la hauteur d'un aimant permanent 22 correspondant. Chaque ressort 514 exerce alors une force dans une zone d'appui sur au moins 10% de la hauteur H de l’aimant permanent 22.In the present case, each spring 514 exerts a force in a bearing zone covering substantially the entire height H of the magnet 22. In a variant embodiment, a plurality of springs 514, each exerting a zone of rotation, is used. pressing on part of the height of a corresponding permanent magnet 22. Each spring 514 then exerts a force in a bearing zone over at least 10% of the height H of the permanent magnet 22.
Dans le mode de réalisation des figures 10a et 10b, les éléments de plaquage 51 sont constitués chacun par un ressort 515 comportant deux plaquettes 73 de forme rectangulaire reliées entre elles par un de leur bord d'extrémité commun 77 et inclinées l'une par rapport à l'autre de manière à présente une forme de V. Chaque ressort 515 exerce par déformation un effort radial sur les aimants 22 de l'intérieur vers l'extérieur du rotor 10. A cet effet, chaque ressort 515 est positionné dans un décrochement 60 longitudinal du paquet de tôle prévu afin de minimiser la lame d'air entre l'aimant 22 et la face interne 36 en vis-à-vis de l'aimant 22 du côté de l'arbre. En outre, les extrémités libres du ressort 515 étant rapprochées l'une de l'autre, le ressort 515 exerce par réaction un effort radial contre l'aimant de manière à le plaquer contre la face interne 36. Comme cela est bien visible sur la figure 10b, chaque ressort 515, comporte deux retours 74 situés chacun du côté d'un bord d'une des extrémités libres d'une plaquette 73 correspondante. Les retours 74 formant un angle par rapport à la plaquette 73 correspondante sont destinés à venir chacun en appui respectivement contre une face du rotor 10 et contre une face d'extrémité axiale de l'aimant 22. Le ressort 515 pourra être réalisé par exemple dans un matériau magnétique afin de ne pas perturber le flux magnétique circulant dans le rotor 10. Alternativement, le ressort 515 est réalisé dans un matériau amagnétique.In the embodiment of FIGS. 10a and 10b, the plating elements 51 each consist of a spring 515 comprising two plates 73 of rectangular shape interconnected by one of their common end edge 77 and inclined relative to one another. to the other so as to have a shape of V. Each spring 515 deforms a radial force on the magnets 22 from the inside to the outside of the rotor 10. For this purpose, each spring 515 is positioned in a recess 60 longitudinal of the sheet package provided to minimize the air gap between the magnet 22 and the inner face 36 vis-à-vis the magnet 22 on the side of the shaft. In addition, the free ends of the spring 515 being brought closer to each other, the spring 515 exerts a radial force against the magnet against the internal face 36 as a result of the reaction. Figure 10b, each spring 515 has two returns 74 each located on the side of an edge of one of the free ends of a wafer 73 corresponding. The returns 74 forming an angle with respect to the corresponding wafer 73 are intended to each bear respectively against a face of the rotor 10 and against an axial end face of the magnet 22. The spring 515 can be made for example in a magnetic material so as not to disturb the magnetic flux flowing in the rotor 10. Alternatively, the spring 515 is made of a non-magnetic material.
Dans le cas présent, chaque ressort 515 exerce un effort dans une zone d’appui sensiblement plane couvrant sensiblement la totalité de la hauteur H de l’aimant 22. Dans une variante de réalisation, on utilise une pluralité de ressorts 515 exerçant chacun une zone d’appui sur une partie de la hauteur H d'un aimant permanent 22 correspondant. Chaque ressort 515 exerce alors une force dans une zone d'appui sur au moins 10% de la hauteur H de l’aimant permanent 22.In the present case, each spring 515 exerts a force in a substantially flat support zone covering substantially the entire height H of the magnet 22. In a variant embodiment, a plurality of springs 515, each of which has a zone, is used. resting on part of the height H of a corresponding permanent magnet 22. Each spring 515 then exerts a force in a bearing zone over at least 10% of the height H of the permanent magnet 22.
On décrit ci-après le procédé de fabrication d'un rotor 10 de machine électrique tournante qui consiste à réaliser le corps de rotor 11 définissant une pluralité de cavités 21, puis à insérer de préférence simultanément un aimant permanent 22 et un élément de plaquage 51, 511, 512, 513, 514, 515 comprimé à l'intérieur de chaque cavité 21. L'élément de plaquage 51 est ensuite relâché, de telle façon que l'élément de plaquage 51 assure un plaquage de l’aimant permanent 22 contre la face interne 36 du corps délimitant en partie la cavité 21.The method of manufacturing a rotor 10 of rotating electrical machine which consists of producing the rotor body 11 defining a plurality of cavities 21 and then preferably simultaneously inserting a permanent magnet 22 and a plating element 51 is described below. , 511, 512, 513, 514, 515 compressed inside each cavity 21. The plating element 51 is then released, so that the plating element 51 provides a plating of the permanent magnet 22 against the inner face 36 of the body partially delimiting the cavity 21.
Le corps de rotor 11 pourra également comporter deux flasques de maintien (non représentées) plaqués de part et d'autre du rotor 10 sur ses faces d'extrémité axiale. Ces flasques de maintien assurent une retenue axiale des aimants 22 à l'intérieur des cavités 21 et servent également à équilibrer le rotor 10. Les flasques sont en matière amagnétique, par exemple en aluminium.The rotor body 11 may also comprise two holding flanges (not shown) plated on either side of the rotor 10 on its axial end faces. These holding flanges provide axial retention of the magnets 22 inside the cavities 21 and also serve to balance the rotor 10. The flanges are made of non-magnetic material, for example aluminum.
Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents.Of course, the foregoing description has been given by way of example only and does not limit the scope of the invention which would not be overcome by replacing the different elements by any other equivalent.
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