FR3164331A1 - Rotor pour machine électrique tournante à flux axial - Google Patents

Abstract

Rotor pour machine électrique tournante à flux axial La présente invention concerne un rotor pour machine électrique tournante (1) à flux axial, comprenant une structure circulaire (9) centrée autour d’un axe de rotation (5), un élément magnétique (10) divisé en une pluralité de secteurs angulaires (11) et un corps surmoulé (12) en résine maintenant mécaniquement l’élément magnétique (10) au sein de la structure circulaire (9), la structure circulaire (9) comprenant une pluralité de logements recevant chacun l’un des secteurs angulaires (11) de l’élément magnétique (10), chaque secteur angulaire (11) s’étendant entre un bord d’extrémité radiale interne et un bord d’extrémité radiale externe, chaque secteur angulaire (11) comprenant un premier bord latéral et un deuxième bord latéral, chaque bord délimitant une première face et une deuxième face du secteur angulaire, caractérisé en ce qu’au moins une partie de l’un des bords est orienté de manière oblique par rapport à l’une des faces (23, 24) dudit secteur angulaire. (figure 2)

Description

Rotor pour machine électrique tournante à flux axial

La présente invention concerne le domaine des machines électriques tournantes à flux axial équipant des véhicules, et concerne plus particulièrement un rotor adapté pour de telles machines électriques tournantes.

Les véhicules automobiles électriques ou hybrides utilisent des machines électriques tournantes, notamment des moteurs électriques avec au moins un stator et un rotor, qui sont souvent des machines à flux radial. Dans de telles machines, le rotor et le stator sont coaxiaux et agencés l'un autour de l'autre, de telle sorte que des bobinages embarqués sur l’un ou l’autre du rotor et du stator génèrent un flux magnétique selon une direction radiale par rapport à un axe de rotation de la machine électrique tournante.

Afin de réduire l’encombrement des machines électriques tournantes au sein des véhicules automobiles, il est connu de recourir, à la place d’une machine à flux radial, à une machine à flux axial qui est plus compacte au moins selon une direction parallèle à l’axe de rotation de la machine électrique tournante. Dans une telle machine, le rotor et au moins un stator sont agencés successivement l’un à côté de l’autre le long de l’axe de rotation de la machine électrique et le flux magnétique est alors généré parallèlement à l’axe de rotation de la machine électrique. L’efficacité de la machine électrique tournante est notamment impactée par la surface efficace de passage axial de flux magnétique entre le rotor et le stator. Dans ce contexte, il est avantageux d’avoir une machine à flux axial avec un rotor et deux stators agencés de part et d’autre du rotor selon la direction axiale.

Le rotor d’une machine électrique à flux axial, en forme de disque, comporte au moins un support et un élément magnétique, notamment sous la forme d’un aimant permanent, logé et rendu solidaire du support. Cet élément magnétique doit être solidement maintenu mécaniquement dans la direction axiale de manière à résister à des efforts axiaux résultant du flux magnétique généré par chaque stator bobiné et qui tendent à attirer axialement le rotor vers le stator. Plus particulièrement, dans le contexte d’une machine à flux axial à deux stators, chaque secteur angulaire du rotor est de manière alternative attiré et repoussé axialement par le champ magnétique circulant entre le rotor et le premier stator, et dans le même temps attiré et repoussé axialement par le par le champ magnétique circulant entre le rotor et le deuxième stator. Il convient de prévoir des moyens de maintien prévenant le déplacement axial et l’arrachement de l’élément magnétique hors du support du rotor.

Pour cela, l’élément magnétique est fixé à la structure du rotor notamment à l’aide d’une résine injectée. Un objectif d’amélioration d’un tel rotor est d’augmenter la résistance mécanique du rotor en sécurisant la position de l’élément magnétique au sein du rotor. Il convient toutefois de prévoir des moyens d’amélioration qui ne dégradent pas l’efficacité de la machine électrique tournante, c’est à dire la surface efficace de passage axial de flux magnétique entre le rotor et l’un ou l’autre des stators.

La présente invention s’inscrit dans ce contexte et propose à ce titre un rotor pour machine électrique tournante à flux axial, comprenant une structure circulaire centrée autour d’un axe de rotation, un élément magnétique divisé en une pluralité de secteurs angulaires s’étendant de manière régulière autour de l’axe de rotation et un corps surmoulé en résine maintenant mécaniquement l’élément magnétique au sein de la structure circulaire, la structure circulaire comprenant une pluralité de logements recevant chacun l’un des secteurs angulaires de l’élément magnétique, chaque secteur angulaire s’étendant principalement radialement entre un bord d’extrémité radiale interne et un bord d’extrémité radiale externe, chaque secteur angulaire comprenant un premier bord latéral et un deuxième bord latéral reliant le bord d’extrémité radiale interne au bord d’extrémité radiale externe, chaque bord délimitant une première face radiale et une deuxième face radiale du secteur angulaire, chacune desdites faces radiales étant perpendiculaire ou sensiblement perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor, caractérisé en ce qu’au moins une partie de l’au moins un des bords de chaque secteur angulaire est orientée de manière oblique par rapport à l’une des faces radiales dudit secteur angulaire.

L’élément magnétique du rotor peut notamment être ici un aimant permanent, partitionné en parts égales formant respectivement un secteur angulaire et réparties régulièrement angulairement autour de l’axe de rotation du rotor.

La structure circulaire du rotor forme une pièce de support de cet élément magnétique, et elle constitue la pièce centrale du rotor dans la mesure où, par ailleurs, elle est liée à un moyeu solidaire d’un arbre de transmission, pour transmettre la rotation de l’arbre au rotor ou inversement. Les logements y sont délimités pour que chaque secteur angulaire de l’élément magnétique puisse y être inséré et fixé, à raison d’un secteur angulaire par logement. Avantageusement, les logements sont de forme complémentaire aux secteurs angulaires. La structure circulaire et l’agencement de secteurs angulaires sont tous deux centrés sur l’axe de rotation afin de garantir une rotation équilibrée, la disposition régulière des secteurs angulaires participant également à l’équilibrage du rotor.

La forme des secteurs angulaires est notamment déterminée par chacun de ses bords. Les bords d’extrémité radiale sont courbés de sorte à épouser la forme circulaire du rotor, tandis que les bords latéraux sont radiaux pour suivre sensiblement l’agencement d’un rayon du rotor et faciliter la disposition de deux secteurs angulaires adjacents. Les faces radiales sont délimitées par chacun des bords et s’étendent de manière perpendiculaire à l’axe de rotation. Les faces radiales sont ainsi disposées de sorte à être en regard de l’un des stators de la machine électrique tournante une fois cette dernière entièrement assemblée.

Le corps surmoulé en résine est injecté une fois l’ensemble des secteurs angulaires de l’élément magnétique positionné. La résine maintient ainsi l’ensemble des secteurs angulaires au sein de la structure circulaire, particulièrement par rapport à la direction axiale, c’est-à-dire parallèle à l’axe de rotation, en évitant l’arrachement des éléments magnétiques sous l’effet d’un flux magnétique attirant le secteur angulaire, c’est-à-dire un aimant permanent, vers l’un des stators.

Le cas échéant, chaque secteur angulaire a un moyen de fixation au sein du logement qui lui est propre, par exemple par complémentarité de formes avec le logement, et la résine vient en complément de ce moyen de fixation pour empêcher l’arrachement axial du secteur angulaire sous l’effet du flux magnétique.

On comprend que c’est la quantité de matière, ici la résine, en recouvrement du secteur angulaire qui définit la résistance à l’arrachement de ce secteur angulaire. Plus particulièrement, c’est l’épaisseur de résine qui est interposée entre le secteur angulaire et un stator qui définit la résistance à l’arrachement du secteur angulaire en direction de ce stator sous l’effet du champ magnétique circulant entre ce stator et le rotor, et plus une couche d’épaisseur axiale importante est prévue, meilleure est la résistance à l’arrachement.

Tel qu’évoqué, selon l’invention, au moins une partie d’un bord participant à délimiter le secteur angulaire de l’élément magnétique, ici un aimant permanent, est configurée de manière à s’étendre obliquement par rapport à la face radiale qu’il prolonge. En d’autres termes, l’au moins un bord prolonge, en tout ou partie de sa dimension radiale, une face radiale du secteur angulaire, tournée vers un des stators, en présentant une inclinaison par rapport à la normale à cette face radiale, de manière à former une rampe dont la surface est tournée vers ledit stator.

Grâce à cette au moins une partie d’au moins un bord oblique, une quantité de résine apte à maintenir axialement le secteur angulaire est augmentée et cela améliore ainsi la tenue mécanique de l’élément magnétique. Plus particulièrement, on augmente l’épaisseur axiale de résine qui est interposée entre le secteur angulaire et un stator donné en générant cette forme de rampe sur laquelle repose la résine. L’extrémité de la rampe la plus éloignée de ce stator donné est ainsi recouverte d’une épaisseur axiale de résine bien supérieure à l’épaisseur axiale de résine recouvrant la face radiale du secteur angulaire.

L’oblicité d’au moins une partie de l’un des bords d’un secteur angulaire permet de modifier l’agencement des surfaces de contact, entre ledit secteur angulaire et la résine du corps surmoulé, qui sont en regard d’un des deux stators. On comprend qu’ici, par rapport à des bords du secteur angulaire classiquement perpendiculaires aux faces radiales, on fait participer les bords délimitant les secteurs angulaires à l’effort de résistance à l’arrachement, en générant au niveau de ces bords une surface de contact apte à être recouverte par une épaisseur axiale de résine.

Par agencement oblique d’une partie d’un bord du secteur angulaire, on vise ici à préciser que cette partie du bord n’est pas perpendiculaire à la face radiale, et que dans cette zone, l’inclinaison du bord par rapport à un plan perpendiculaire à cette face radiale va au-delà des quelques degrés que l’on peut trouver sur des pièces magnétiques du fait des tolérances de fabrication. Ici, à titre d’exemple non limitatif, l’angle d’inclinaison entre la face radiale du secteur angulaire et la partie du bord qui la prolonge de manière oblique est compris entre 100° et 140°.

Dans cette partie du bord, le bord forme un angle avec une première face radiale d’une première valeur d’angle, différente de 90°, et ce même bord forme un angle avec la deuxième face radiale d’une deuxième valeur d’angle, la première valeur d’angle et la deuxième valeur d’angle étant des valeurs d’angle supplémentaires.

Il convient de noter que cette configuration peut entraîner une diminution d’une superficie d’au moins une face radiale du secteur angulaire, si l’oblicité des bords est générée par un enlèvement de matière du secteur angulaire correspondant, mais il s’agit d’une diminution négligeable, sans conséquence sur l’efficacité de la machine électrique tournante. D’une manière préférentielle, l’oblicité des bords est configurée pour que les faces radiales d’un secteur angulaire restent de superficie égale ou sensiblement égale afin de conserver un équilibre en termes de flux magnétique circulant entre le rotor et chacun des stators agencés de part et d’autre du rotor une fois la machine électrique tournante en fonctionnement.

Configurer un secteur angulaire avec une pluralité de bords obliques permet d’augmenter en plusieurs zones l’épaisseur axiale de la couche de résine et donc de renforcer davantage le maintien mécanique de ce secteur angulaire au sein de la structure circulaire.

Selon une caractéristique de l’invention, ledit au moins un des bords est oblique par rapport à une face radiale de manière égale sur toute la dimension radiale dudit bord. En d’autres termes, un angle d’inclinaison entre le bord et la face radiale du secteur angulaire est constant, ou sensiblement constant en considérant les tolérances de fabrication, du bord d’extrémité radiale interne au bord d’extrémité radiale externe.

Selon une caractéristique de l’invention, le secteur angulaire est formé d’une pluralité de segments juxtaposés radialement, au moins deux segments adjacents présentant des parois latérales participant à former un même bord latéral du secteur angulaire, lesdites parois latérales étant obliques par rapport à une même face radiale du secteur angulaire avec des angles d’inclinaison différents l’un de l’autre.

En d’autres termes, le secteur angulaire n’est pas réalisé d’un seul tenant mais en au moins deux parties formant des segments juxtaposés radialement. Ces segments forment des portions partiellement annulaires, concentriques, et les parois latérales de ces segments s’étendent dans une continuité radiale l’une de l’autre pour former les bords latéraux du secteur angulaire. Chaque paroi latérale d’un segment a sa propre orientation oblique, de sorte que deux segments adjacents peuvent présenter une orientation différente. Bien entendu, on entend ici par des angles d’inclinaison différents que la différence d’angle d’inclinaison est significative, de l’ordre de plusieurs degrés, pour se distinguer d’une différence due aux tolérances de fabrication. Tel qu’évoqué précédemment, l’oblicité d’un bord latéral permet d’augmenter localement la quantité de résine et cette différence dans l’orientation oblique d’une partie de secteur angulaire à l’autre permet de répartir, pour un bord latéral donné d’un secteur angulaire, les zones où la résine est en surépaisseur.

Selon une caractéristique de l’invention, au moins deux segments adjacents présentent des parois latérales formant un même bord latéral du secteur angulaire qui sont obliques par rapport à une même face radiale du secteur angulaire avec des angles d’inclinaison l’un supérieur à 90° et l’autre inférieur à 90°.

De la sorte, on s’assure d’avoir, pour un secteur angulaire donné et pour un bord latéral de ce secteur angulaire, des zones où la surépaisseur de résine est agencée principalement entre le bord latéral et un des deux stators et des zones où la surépaisseur de résine est agencée principalement entre le bord latéral et l’autre des deux stators. On répartit ainsi mieux la résine et on s’assure que les forces permettant de maintenir en position le secteur angulaire sont réparties de manière homogène pour maintenir ledit secteur angulaire aussi bien par rapport à un stator disposé d’un premier côté du rotor que par rapport au stator disposé de l’autre côté du rotor.

Selon une caractéristique de l’invention, les segments d’un secteur angulaire sont répartis en des premiers segments dont la paroi latérale participant à former un premier bord latéral du secteur angulaire sont obliques par rapport à une face radiale du secteur angulaire avec un angle d’inclinaison supérieur à 90° et en des deuxièmes segments dont la paroi latérale participant à former un premier bord latéral du secteur angulaire sont obliques par rapport à ladite face radiale du secteur angulaire avec un angle d’inclinaison inférieur à 90°, les premiers segments et les deuxièmes segments étant agencés en alternance d’un bord d’extrémité radiale à l’autre. En d’autres termes, selon la dimension radiale allant d’un bord d’extrémité radiale à l’autre, un premier segment est entouré par deux deuxièmes segments et/ou un deuxième segment est entouré par deux premiers segments.

Selon une caractéristique de l’invention, au moins deux bords opposés d’un secteur angulaire parmi les bords d’extrémité radiale ou les bords latéraux sont obliques par rapport à au moins l’une des faces radiales dudit secteur angulaire.

Selon une caractéristique de l’invention, les bords d’extrémité radiale d’un secteur angulaire sont obliques par rapport à au moins l’une des faces radiales dudit secteur angulaire.

Selon une autre caractéristique de l’invention, les bords latéraux d’un secteur angulaire sont obliques par rapport à au moins l’une des faces radiales dudit secteur angulaire.

Le fait d’avoir des bords obliques opposés l’un à l’autre, c’est-à-dire disposés de part et d’autre du secteur angulaire selon la direction radiale ou orthoradiale, permet de générer des efforts résistants à l’arrachement qui sont répartis de manière équilibrée de chaque côté d’un secteur angulaire et d’améliorer ainsi la tenue à l’effort du secteur angulaire.

Selon une caractéristique de l’invention, un des deux bords opposés obliques forme une première rampe dont la surface est en regard de l’un des stators et le bord oblique opposé forme une rampe dont la surface est en regard de l’autre des stators.

De la sorte, on génère, pour un même secteur angulaire, une première zone de surépaisseur axiale de résine qui est agencée entre l’un des bords du secteur angulaire et le premier stator, et qui a donc vocation à améliorer la résistance à l’arrachement du secteur angulaire en direction de ce premier stator, et une deuxième zone de surépaisseur axiale de résine qui est agencée entre le bord opposé du secteur angulaire et le deuxième stator, et qui a donc vocation à améliorer la résistance à l’arrachement du secteur angulaire en direction de ce deuxième stator. La présence de ces deux zones de surépaisseur axiale, agencées axialement chacune d’un côté du secteur angulaire, permet ainsi de s’assurer que le secteur angulaire est bien tenu dans les deux sens de la direction axiale.

Selon une caractéristique de l’invention, un angle d’inclinaison de l’un des bords par rapport à l’une des faces radiales est égal à un angle d’inclinaison du bord opposé par rapport à l’autre des faces radiales. La rampe formée par l’un des bords et la rampe formée par le bord opposé sont parallèles. On a ainsi deux zones de surépaisseur axiale, agencées axialement chacune d’un côté du secteur angulaire, qui sont sensiblement dimensionnées de la même manière, de sorte que le maintien du secteur angulaire est optimal. Le cas échéant, lorsque le secteur angulaire comporte des segments juxtaposés radialement pour former ledit secteur angulaire et que les parois latérales de deux segments adjacents présentent des angles d’inclinaison différents l’un de l’autre, on comprend qu’un angle d’inclinaison d’une paroi d’un premier segment par rapport à l’une des faces radiales est égal à un angle d’inclinaison de la paroi opposée du premier segment par rapport à l’autre des faces radiales.

Selon une caractéristique de l’invention, la structure circulaire comprend une section annulaire interne, une section annulaire externe et une pluralité de branches radiales reliant la section annulaire interne à la section annulaire externe et délimitant les logements, les branches radiales séparant deux logements adjacents. Une fois les secteurs angulaires positionnés, chaque bord d’extrémité radiale interne est en regard de la section annulaire interne, chaque bord d’extrémité radiale externe est en regard de la section annulaire externe, tandis que chaque bord latéral est en regard de l’une des branches radiales.

Selon une caractéristique de l’invention, la section annulaire interne, la section annulaire externe et les branches radiales comprennent au moins une surface interne participant à délimiter au moins l’un des logements, la structure circulaire comprenant au moins une nervure faisant radialement saillie d’au moins l’une des surfaces internes pour s’étendre partiellement vers l’intérieur du logement correspondant. La surface interne correspond à une zone de la section annulaire interne, de la section annulaire externe et des branches radiales dont l’épaisseur est égale ou sensiblement supérieure à une épaisseur des secteurs angulaires. La nervure fait saillie d’au moins l’une des surfaces internes et forme ainsi un doigt destiné à être noyé dans la résine ce qui permet d’augmenter l’accroche de la résine du corps surmoulé sur la structure circulaire et donc d’augmenter la tenue des secteurs angulaires au sein de la structure circulaire via cette résine. Par ailleurs, la présence de cette nervure permet de s’assurer que le secteur angulaire n’est pas plaqué sur toute la dimension axiale de la surface interne et qu’un espace est aménagé entre la surface interne et le secteur angulaire. Cet espace peut ainsi être rempli de résine et cette dernière se solidifie autour de la nervure et permet de renforcer le maintien mécanique du secteur angulaire dans son logement. La nervure peut notamment être formée au milieu, en considérant la direction axiale, de la surface interne dont elle fait saillie, de sorte que le doigt augmentant l’accroche de la résine a autant d’effet pour la résine qui recouvre une face radiale d’un secteur angulaire que l’autre face radiale.

Selon une caractéristique de l’invention, une arête formée à la jonction d’un bord oblique et d’une face radiale s’étend radialement entre l’extrémité libre d’une première nervure et la surface interne qui porte cette première nervure, d’un premier côté axial de la première nervure, et une arête formée à la jonction du bord oblique opposé et de l’autre face radiale s’étend radialement entre l’extrémité libre d’une deuxième nervure et la surface interne qui porte cette deuxième nervure, d’un deuxième côté axial de la deuxième nervure qui est opposé axialement audit premier côté axial. On peut ainsi s’assurer que la superficie des faces radiales est tout aussi grande que si les bords avaient été droits et positionnés entre les nervures, une portion de chaque face radiale étant positionnée en regard axialement de la nervure. Un tel secteur angulaire s’insère dans son logement avec un angle d’insertion pour faire passer la première arête d’un côté de la nervure puis est basculé pour prendre une position perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor.

Selon une caractéristique de l’invention, le rotor comprend un moyeu solidaire en rotation d’un arbre d’entraînement, la section annulaire interne coopérant avec ledit moyeu. Pour rappel, le rotor fait partie d’une machine électrique tournante, laquelle est utilisée au sein d’un véhicule automobile. A titre d’exemple, la machine électrique tournante peut être un alterno-démarreur. Le rotor, lorsqu’il est entraîné en rotation par l’action d’un champ magnétique tournant, entraîne en rotation l’arbre d’entraînement via le moyeu participant à la propulsion du véhicule, ou à une partie des fonctions du véhicule hors propulsion.

Selon une caractéristique de l’invention, le corps surmoulé recouvre au moins partiellement une face radiale d’un secteur angulaire, et la partie du corps surmoulé en recouvrement de la face radiale présente une épaisseur de l’ordre de moins de 10% de l’épaisseur du secteur angulaire. Les épaisseurs se mesurent le long de la direction axiale définie par l’axe de rotation du rotor.

La résine prend également la forme d’une couche recouvrant les faces radiales, et tel qu’évoqué la présence de cette résine permet d’augmenter la résistance mécanique des secteurs angulaires à l’arrachement axial via le flux magnétique. La présence de surépaisseurs axiales de résine en regard des bords obliques et l’amélioration des performances de maintien qui en résultent permet de réduire une épaisseur de la couche de résine agencée contre les faces radiales. Cela permet par extension de réduire l’entrefer, c’est-à-dire la distance, ici axiale, entre le rotor et l’un des stators, et ainsi d’améliorer les performances de la machine électrique tournante.

Selon une caractéristique de l’invention, au moins un bord des secteurs angulaires comprend une première portion prolongeant de manière oblique la première face radiale et une deuxième portion prolongeant de manière oblique la deuxième face radiale, les deux portions obliques se rejoignant en une arête saillante. Il s’agit d’une variante d’un rotor selon l’invention, dans laquelle le bord oblique se caractérise ici par la présence de deux rampes dont les surfaces sont orientées dans des sens opposés. La première portion prolongeant de manière oblique la première face radiale forme une rampe tournée vers cette première face radiale et la deuxième portion prolongeant de manière oblique la deuxième face radiale forme une rampe tournée vers cette deuxième face radiale. On a ainsi bien, comme précédemment deux rampes, avec une rampe tournée vers chacune des faces radiales, ce qui permet d’augmenter la performance de tenue mécanique dans chacun des deux sens axiaux, mais il est ici notable que ces deux rampes sont formées sur un même bord. Le cas échéant, ces deux rampes en opposition peuvent être formées sur chacun des bords. L’arête saillante est au plus proche de la surface interne correspondante, en laissant un interstice pour que la résine puisse être injectée de part et d’autre de l’arête.

L’invention couvre également une machine électrique tournante à flux axial pour véhicule, comprenant un rotor tel que décrit précédemment, un premier stator et un deuxième stator disposés de part et d’autre du rotor selon une direction axiale, et un boitier délimitant un volume interne contenant le rotor et les deux stators. Tel que cela a été décrit précédemment, le rotor selon l’invention est intégré au sein d’une machine électrique tournante à flux axial, c’est-à-dire dans lequel le flux magnétique est généré selon la direction parallèle à l’axe de rotation du rotor, une telle machine électrique tournante à flux axial pouvant notamment être mise en œuvre pour des questions de compacité.

L’invention couvre également un procédé de montage d’un rotor tel que décrit précédemment, au cours duquel :

• on place les secteurs angulaires de l’élément magnétique au sein des logements de la structure circulaire,
• une fois les secteurs angulaires placés, on forme le corps surmoulé par injection de résine au sein des logements et en recouvrement des faces radiales.

Plus particulièrement, ce procédé permet de positionner les secteurs angulaires de l’élément magnétique et de fixer ces derniers au sein de la structure circulaire. L’injection de la résine pour former le corps surmoulé sert de moyen de fixation des secteurs angulaires au sein des logements de la structure circulaire.

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :

FIG. 1est une vue en coupe d’une machine électrique tournante à flux axial,

FIG. 2est une vue générale d’un rotor selon l’invention, équipant une machine électrique telle qu’illustrée sur laFIG. 1,

FIG. 3est une vue en éclaté du rotor de laFIG. 2, rendant visibles un corps surmoulé de résine, des secteurs angulaires, une structure circulaire solidaire d’un moyeu, et un arbre d’entrainement coopérant avec le moyeu,

FIG. 4est une vue en coupe d’une portion du rotor selon la coupe IV-IV illustrée sur laFIG. 2,

FIG. 5est une représentation similaire à celle de laFIG. 4, illustrant une structure alternative de rotor, notamment distincte de celle illustrée sur laFIG. 4par la forme des bords du secteur angulaire ;

FIG. 6illustre, en perspective, un secteur angulaire selon une variante de réalisation de l’invention.

LaFIG. 1est une représentation d’une machine électrique tournante 1 à flux axial pouvant être intégrée au sein d’un véhicule automobile. Une telle machine électrique tournante 1 comprend un rotor 2 selon l’invention, un premier stator 3 et un deuxième stator 4, tous centrés autour d’un axe de rotation 5. Les stators 3, 4 sont par ailleurs agencés de part et d’autre du rotor 2 selon une direction axiale parallèle à l’axe de rotation 5. Le rotor est équipé d’éléments magnétiques et chacun des stators 3, 4 est équipé de bobines 6. La machine électrique tournante 1 comprend également un arbre d’entraînement 7 et un boitier 8 se présentant ici sous la forme de deux demi-boitiers 8a, 8b et logeant le rotor 2, les stators 3, 4 et partiellement l’arbre d’entraînement 7.

Lorsque la machine électrique tournante 1 est mise en fonctionnement, par exemple au démarrage du véhicule, les bobines 6 des stators 3, 4 sont alimentées en énergie électrique et génèrent un flux magnétique dont le pilotage, par des moyens électroniques appropriées, permet une mise en rotation du rotor 2 équipé de ces éléments magnétiques. Notamment, on pilote l’alimentation électrique des bobines 6 pour générer un champ électrique tourant au sein duquel les éléments magnétiques, et donc le rotor 2, sont amenés à tourner. L’entrefer entre le stator et les éléments magnétiques du rotor, par lequel passe le flux magnétique du rotor au stator et inversement, est agencé axialement de sorte qu’il peut être considéré que le flux magnétique est mis en œuvre selon la direction axiale

Le rotor 2 est donc entraîné en rotation et entraîne avec lui l’arbre d’entraînement 7 qui initie à son tour un mouvement d’un ou plusieurs éléments non représentés, par exemple afin de participer au démarrage du véhicule.

Les figures 2 et 3 sont des vues détaillées du rotor 2 selon l’invention. Plus particulièrement, il s’agit respectivement d’une vue générale et d’une vue en éclaté du rotor 2.

Outre l’arbre d’entraînement 7 évoqué précédemment, le rotor 2 comprend une structure circulaire 9, un élément magnétique 10 divisé en une pluralité de secteurs angulaires 11 respectivement supportés par la structure circulaire 9, et un corps surmoulé 12 en résine qui vient recouvrir au moins partiellement les secteurs angulaires, notamment pour assurer leur maintien au sein de la structure circulaire 9.

La structure circulaire 9 comprend une section annulaire interne 13 formant une zone centrale du rotor 2, une section annulaire externe 14 formant une périphérie du rotor 2 et une pluralité de branches radiales 15 régulièrement espacées les unes des autres et reliant la section annulaire interne 13 à la section annulaire externe 14. La section annulaire interne 13 et la section annulaire externe 14 sont toutes deux centrées sur l’axe de rotation 5 du rotor 2. La section annulaire interne 13 est solidaire en rotation de l’arbre d’entraînement 7 par l’intermédiaire d’un moyeu 16.

La section annulaire interne 13, la section annulaire externe 14 et les branches radiales 15 délimitent une pluralité de logements 17 répartis de manière équilibrée autour de l’axe de rotation 5. Chacun de ces logements 17 est destiné à loger l’un des secteurs angulaires 11 de l’élément magnétique 10. Les logements 17 présentent ainsi une forme similaire à la forme des secteurs angulaires 11. Les branches radiales 15 permettent par ailleurs de séparer deux secteurs angulaires 11 adjacents. Chaque logement 17 est délimité par une surface interne 18 de la section annulaire interne 13, de la section annulaire externe 14 et des branches radiales 15 correspondants audit logement 17.

Chaque secteur angulaire 11 de l’élément magnétique 10 présente bien entendu des propriétés magnétiques afin d’assurer la mise en rotation du rotor 2. A titre d’exemple chaque secteur angulaire est un aimant apte à se déplacer autour de l’axe de rotation 5, dans un champ magnétique tournant. Chaque secteur angulaire 11 est défini par un bord d’extrémité radiale interne 19 et par un bord d’extrémité radiale externe 20, ainsi que par un premier bord latéral 21 et par un deuxième bord latéral 22 qui relient tous deux le bord d’extrémité radiale interne 19 au bord d’extrémité radiale externe 20.

Chaque secteur angulaire 11 présente une face radiale en regard de chacun des stators disposés de part et d’autre du rotor. Plus particulièrement, chaque secteur angulaire présente une première face radiale 23 et une deuxième face radiale 24, chacune de ces faces radiales étant perpendiculaire ou sensiblement perpendiculaire à l’axe de rotation 5 du rotor. Tel qu’évoqué, une fois la machine électrique tournante assemblée, chacune des faces radiales 23, 24 est en regard de l’un des stators de ladite machine électrique tournante. L’efficacité électromagnétique de la machine électrique tournante est notamment dépendante de la superficie du secteur angulaire en regard du stator, et donc de la dimension radiale, ou latérale, de cette face radiale.

Le corps surmoulé 12 assure la tenue mécanique des secteurs angulaires 11 de l’élément magnétique 10 au sein de la structure circulaire 9. Sur laFIG. 3, le corps surmoulé 12 est représenté d’un seul tenant en vue éclatée, sous sa forme finale, mais il convient de noter qu’il se forme par injection de résine au cours d’un procédé de montage du rotor 2 selon l’invention. L’injection de résine pour former le corps surmoulé 12 est mise en œuvre une fois que l’ensemble des secteurs angulaires 11 est positionné dans les logements 17 de la structure circulaire 9. La résine est injectée notamment de sorte à maintenir mécaniquement les secteurs angulaires 11 au sein des logements 17. La résine participant à former le corps surmoulé 12 s’étend entre les bords 19, 20, 21, 22 des secteurs angulaires 11 et la surface interne 18 de la section annulaire interne 13, de la section annulaire externe 14 et des branches radiales 15. Par ailleurs, le corps surmoulé 12 recouvre au moins partiellement les faces radiales 23, 24 des secteurs angulaires 11 de l’élément magnétique 10.

Chaque secteur angulaire 11 de l’élément magnétique 10 étant soumis à une contrainte mécanique exercée par le flux magnétique axial généré au sein de la machine électrique tournante 1 illustrée enFIG. 1, le corps surmoulé 12 en résine doit assurer une résistance mécanique des secteurs angulaires 11 face au flux magnétique et notamment à l’arrachement du secteur angulaire hors du corps du rotor. Plus l’épaisseur axiale du corps de résine est importante entre le secteur angulaire et l’un des stators, plus la résistance à l’arrachement en direction de ce stator est bonne. Et dans un contexte à deux stators de part et d’autre du rotor, il importe que l’épaisseur axiale du corps surmoulé en résine soit importante dans les deux sens de la direction axiale.

La particularité du rotor 2 selon l’invention est qu’au moins l’un des bords 19, 20, 21, 22 d’un secteur angulaire 11 de l’élément magnétique 10 est orienté de manière oblique par rapport à l’une des faces radiales 23, 24 dudit secteur angulaire 11. Et chaque secteur angulaire 11 peut être configuré de la sorte.

Une telle orientation oblique d’un bord prolongeant une face radiale permet de générer une rampe dont la surface inclinée est tournée vers la face radiale qui est prolongée par ce bord oblique. On offre ainsi une surface de contact additionnelle pour la résine, qui est tournée vers le stator et qui participe à résister à l’arrachement du secteur angulaire. L’oblicité du bord et l’inclinaison de la rampe qui en découle impliquent que l’on peut augmenter progressivement l’épaisseur axiale de résine qui recouvre ce bord et donc générer localement, au niveau de chaque bord oblique, une zone de surépaisseur axiale de résine qui vient recouvrir axialement une portion du secteur angulaire, ce qui a pour effet d’augmenter la performance mécanique de retenue axiale réalisée par cette résine.

LaFIG. 4est une vue en coupe d’une portion du rotor entièrement assemblé. La coupe est effectuée selon le plan de coupe IV-IV illustré enFIG. 2. LaFIG. 4permet notamment d’observer l’orientation oblique des bords du secteur angulaire 11 et la formation qui en résulte de zones de surépaisseur axiale de résine en contact axial avec une portion du secteur angulaire.

L’oblicité d’un bord du secteur angulaire est mesurée par la valeur de l’angle d’inclinaison α de ce bord par rapport à la face radiale du secteur angulaire que le bord prolonge en s’écartant du centre de ce secteur angulaire. A titre d’exemple, la valeur de l’angle d’inclinaison α est comprise entre 100° et 140°.

Sur laFIG. 4, ce sont le bord d’extrémité radiale interne 19 et le bord d’extrémité radiale externe 20 qui sont orientés de manière oblique par rapport à la première face radiale 23 et à la deuxième face radiale 24. Avantageusement, deux bords opposés l’un par rapport à l’autre sont orientés de manière oblique par rapport à au moins l’une des faces radiales 23, 24. D’une manière non illustrée, les deux bords latéraux 21, 22 peuvent également être orientés de manière oblique par rapport à la première face radiale 23 et/ou à la deuxième face radiale 24, et ce de manière alternative ou complémentaire au fait que les deux bords d’extrémité radiale sont orientés de manière oblique tel qu’évoqué ici et illustré.

Avantageusement, tel qu’illustré sur laFIG. 4, les deux bords opposés orientés de manière oblique sont orientés selon un même angle d’inclinaison α, c’est-à-dire de manière à former chacun une rampe tournée vers un stator qui lui est propre, les rampes présentant la même pente. Chaque bord opposé prolonge sa propre face radiale avec le même angle d’inclinaison α de sorte que ces bords opposés sont parallèles entre eux. Cela permet de générer une résistance mécanique équivalente dans les deux sens de la direction axiale. Dans la configuration telle qu’illustrée enFIG. 4, une première zone de surépaisseur axiale 121 est mise en œuvre par le positionnement de la résine le long d’un bord oblique, cette première zone de surépaisseur axiale 121 étant formée entre le secteur angulaire et un premier stator en regard de la première face radiale 23 et une deuxième zone de surépaisseur axiale 122 butée est mise en œuvre est mise en œuvre par le positionnement de la résine le long d’un bord oblique opposé, cette deuxième zone de surépaisseur axiale 122 étant formée entre le secteur angulaire et un deuxième stator en regard de la deuxième face radiale 24.

Dans le but de renforcer davantage la résistance mécanique mise en œuvre grâce au corps surmoulé 12, la structure principale 9 peut comprendre une nervure 25 faisant saillie selon la direction radiale d’au moins l’une des surfaces internes 18 de ladite structure principale 9, de manière à s’étendre vers l’intérieur du logement 17. Comme cela est visible sur laFIG. 4, la section annulaire interne 13 et la section annulaire périphérique 14 comprennent chacune une nervure 25, chacune d’entre elles pouvant avoir des dimensions diverses. La nervure 25 permet, lorsque la résine formant le corps surmoulé 12 est injectée, d’augmenter l’accroche de la résine afin de renforcer davantage la résistance mécanique une fois que le corps surmoulé 12 est formé.

Tel que cela a été évoqué précédemment, le corps surmoulé 12 recouvre au moins partiellement les faces radiales 23, 24 sous la forme d’une fine couche 120, tel qu’illustré sur laFIG. 4. Le renfort de la résistance mécanique au niveau des bords du secteur angulaire, notamment dû au fait de l’oblicité des bords conformément à l’invention, permet de potentiellement diminuer l’épaisseur de la couche de résine recouvrant les face radiales 23, 24.

La partie du corps surmoulé en recouvrement de la face radiale présente une épaisseur E. Préférentiellement, l’épaisseur E est la même d’une face radiale à l’autre. Elle peut notamment être de l’ordre de moins de 10% de l’épaisseur du secteur angulaire, les épaisseurs se mesurant le long de la direction axiale définie par l’axe de rotation 5 du rotor. Il est particulièrement intéressant de limiter l’épaisseur de ces couches dans la mesure où cela permet de rapprocher les stators du rotor et de diminuer l’entrefer.

Tel que cela est visible sur laFIG. 4, le dimensionnement du secteur angulaire peut être ajusté pour ne pas pénaliser la performance électromagnétique de la machine électrique tournante, et notamment en s’assurant que la superficie de la face radiale en regard du stator reste à la même valeur que si on avait une face radiale prolongée par des bords droits. Une arête d’un bord oblique, à l’extrémité de la rampe, est ainsi disposée radialement au-delà de la nervure en regard dudit bord oblique, c’est-à-dire que la distance entre l’axe de rotation du rotor et cette arête est d’une valeur supérieure à la valeur de la distance entre l’axe de rotation du rotor et la nervure, tel que cela est illustré sur laFIG. 4par la distance d1.

Dans un mode de réalisation préféré, une arête à la jonction d’un bord oblique et de la première face radiale est disposée radialement au-delà de la face d’extrémité de la nervure correspondante, en étant disposée plus à l’extérieur du rotor que la face d’extrémité de la nervure, et une arête à la jonction du bord oblique opposé et de la deuxième face radiale est disposée radialement au-delà de la face d’extrémité de la nervure correspondante, en étant disposée plus à l’intérieur du rotor que la face d’extrémité de la nervure, ces deux arêtes étant disposées axialement l’une entre le premier stator et la nervure correspondante et l’autre entre le deuxième stator et la nervure correspondante. Bien entendu, cette description s’applique ici à l’illustration de laFIG. 4dans laquelle les bords obliques sont les bords d’extrémité radiale, mais elle pourrait être appliquée aux bords latéraux, les arêtes s’étendant alors au-delà de la face d’extrémité de la nervure correspondante selon une direction orthoradiale.

LaFIG. 5est une illustration de la même vue en coupe qu’enFIG. 4mais avec une structure alternative du secteur angulaire 11. Mis à part cette structure alternative, tous les éléments structurels et fonctionnels sont équivalents à ce qui a été décrit enFIG. 4et on se reportera donc à la description de cette figure pour les éléments communs aux deux variantes de rotor correspondant.

Cette structure alternative du secteur angulaire 11 diffère de ce qui a été décrit précédemment en ce que les bords d’extrémité radiale comprennent tous deux une première portion oblique 26 par rapport à la première face radiale 23 et une deuxième portion oblique 27 par rapport à la deuxième face radiale 24. De plus, pour chacun des bords d’extrémité radiale du secteur angulaire 11, les deux portions obliques 26, 27 se rejoignent en une arête saillante 28. Cette structure alternative permet là encore de former des zones de surépaisseur axiale en regard d’un bord oblique, et donc d’améliorer la résistance mécanique à l’arrachement du secteur angulaire. Avantageusement ici, on s’assure au niveau de chaque bord du secteur angulaire la présence d’une surépaisseur axiale de résine interposée entre ce bord et chacun des stators. La quantité de matière axiale entre un bord et un stator donné est moins importante que dans le mode de réalisation de laFIG. 4, mais elle est mieux distribuée sur chacun des bords.

Bien entendu, comme pour le mode de réalisation précédemment décrit, la même configuration pourrait être mise en œuvre, de manière alternative et cumulative, avec les bords latéraux du secteur angulaire.

LaFIG. 6illustre une variante de réalisation de l’invention, qui se distingue de ce qui a été précédemment décrit dans la structure des secteurs angulaires. Le reste de la description, relative à l’agencement des secteurs angulaires par rapport au stator ou bien relative à la présence de résine formant le corps surmoulé avec des surépaisseurs locales du fait de l’oblicité d’au moins un bord du secteur opposé, peut être appliquée à cette variante de réalisation.

Dans cette variante, le secteur angulaire diffère en ce qu’il est formé d’une pluralité de segments 100 juxtaposés radialement. Ces segments 100 peuvent former des portions partiellement annulaires, toutes concentriques. De manière alternative, les segments peuvent comprendre un segment d’extrémité radiale interne 110, dont un bord forme le bord d’extrémité radiale interne 19 incurvé, un segment d’extrémité radiale externe 111, dont un bord forme le bord d’extrémité radiale externe 20 incurvé, et une pluralité de segments intermédiaires 101, 102, dont les bords en opposition forment des bords plans, c’est-à-dire des bords s’étendant principalement dans une surface plane non incurvée, chacun de ces deux bords plans en opposition étant au contact d’un bord plan d’un segment adjacent. LaFIG. 6illustre des surfaces de contact 103 entre deux bords plans de segments 100 adjacents, ces segments adjacents pouvant être réalisés indépendamment puis rapportés l’un contre l’autre, mais on pourra prévoir que le secteur angulaire soit réalisé d’un seul tenant et que les segments soient identifiés par la forme spécifique de leurs parois latérales participant à former le bord latéral du secteur angulaire de ces segments.

Dans cette variante, lorsque l’on considère les parois latérales 104, 105 d’au moins deux segments adjacents 101, 102 participant à former un même bord latéral 21,22 du secteur angulaire 11, lesdites parois latérales 104, 105 sont obliques par rapport à une même face radiale 23, 24 du secteur angulaire avec des angles d’inclinaison différents l’un de l’autre.

On peut ainsi identifier deux segments adjacents 101, 102 en ce que, même si leurs parois latérales s’étendent dans une continuité radiale l’une de l’autre pour participer à former l’un des bords latéraux 21, 22 du secteur angulaire, elles présentent une inclinaison différente par rapport à une même face radiale 23, 24.

Dans l’exemple illustré, la différence d’inclinaison de deux parois latérales de segments adjacents est de telle sorte que les angles d’inclinaison de ces deux parois latérales, par rapport à une même face radiale, sont l’un supérieur à 90° et l’autre inférieur à 90°.

Cette différence d’inclinaison des deux parois latérales de segments adjacents peut se reproduire d’un bord d’extrémité radiale du secteur angulaire à l’autre bord d’extrémité radiale, en formant ainsi une alternance dans la disposition de segments d’un premier type, avec une paroi latérale dont l’angle d’inclinaison par rapport à une face radiale est supérieur à 90° et de segments d’un deuxième type, avec une paroi latérale dont l’angle d’inclinaison par rapport à cette face radiale est inférieur à 90°.

Tel qu’évoqué précédemment, l’oblicité d’un bord latéral permet d’augmenter localement la quantité de résine et cette différence dans l’orientation oblique d’une partie de secteur angulaire à l’autre permet de répartir, pour un bord latéral donné d’un secteur angulaire, les zones où la résine est en surépaisseur. Dans ce contexte, l’alternance des types de segments telle qu’elle vient d’être évoquée permet d’avoir une répartition homogène des forces de maintien du secteur angulaire générées par les surépaisseurs de résine.

Dans l’exemple illustré, il est notable que les segments peuvent présenter des parois latérales opposées qui sont parallèles l’une par rapport à l’autre, de sorte qu’une paroi latérale d’un segment présente un angle d’inclinaison par rapport à une face radiale qui est supérieur à 90° et que la paroi latérale opposée de ce même segment présente un angle d’inclinaison par rapport à cette face radiale qui est inférieur à 90°.

L’invention, telle qu’elle vient d’être décrite, atteint bien le but qu’elle s’était fixée, et permet de proposer un rotor comprenant un élément magnétique divisé en secteurs angulaires dont la tenue au sein d’une structure circulaire du rotor par l’intermédiaire de résine est renforcée, par des moyens simples à mettre en œuvre et qui ne pénalisent pas la performance électromagnétique de la machine électrique équipée d’un tel rotor, ces moyens simples consistant notamment à une configuration particulière .d’au moins un des bords desdits secteurs angulaires. Des variantes non décrites ici pourraient être mises en œuvre sans sortir du contexte de l’invention, dès lors que, conformément à l’invention, elles comprennent un rotor conforme à l’invention avec un bord de secteur angulaire à orientation oblique par rapport à la face radiale du secteur angulaire destinée à être en regard d’un stator.

Claims (10)

1. Rotor (2) pour machine électrique tournante (1) à flux axial, comprenant une structure circulaire (9) centrée autour d’un axe de rotation (5), un élément magnétique (10) divisé en une pluralité de secteurs angulaires (11) s’étendant de manière régulière autour de l’axe de rotation (5) et un corps surmoulé (12) en résine maintenant mécaniquement l’élément magnétique (10) au sein de la structure circulaire (9), la structure circulaire (9) comprenant une pluralité de logements (17) recevant chacun l’un des secteurs angulaires (11) de l’élément magnétique (10), chaque secteur angulaire (11) s’étendant principalement radialement entre un bord d’extrémité radiale interne (19) et un bord d’extrémité radiale externe (20), chaque secteur angulaire (11) comprenant un premier bord latéral (21) et un deuxième bord latéral (22) reliant le bord d’extrémité radiale interne (19) au bord d’extrémité radiale externe (20), chaque bord (19, 20, 21, 22) délimitant une première face radiale (23) et une deuxième face radiale (24) du secteur angulaire (11), chacune desdites faces radiales (23, 24) étant perpendiculaire ou sensiblement perpendiculaire à l’axe de rotation (5) du rotor (2), caractérisé en ce qu’au moins une partie de l’un des bords (19, 20, 21, 22) d’un secteur angulaire (11) est orienté de manière oblique par rapport à l’une des faces radiales (23, 24) dudit secteur angulaire (11).
2. Rotor (2) selon la revendication 1, dans lequel ledit au moins un des bords (19, 20, 21, 22) est oblique par rapport à une face radiale (23, 24) de manière égale sur toute la dimension radiale dudit bord.
3. Rotor (2) selon la revendication 1, dans lequel ledit secteur angulaire est formé d’une pluralité de segments (100, 101, 102) juxtaposés radialement, au moins deux segments adjacents (101, 102) présentant des parois latérales (104, 105) participant à former un même bord latéral (21, 22) du secteur angulaire, lesdites parois latérales (104, 105) étant obliques par rapport à une même face radiale (23, 24) du secteur angulaire avec des angles d’inclinaison différents l’un de l’autre.
4. Rotor (2) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel au moins deux bords (19, 20, 21, 22) opposés d’un secteur angulaire (11) parmi les bords d’extrémité radiale (19, 20) ou les bords latéraux (21, 22) sont obliques par rapport à au moins l’une des faces radiales (23, 24) dudit secteur angulaire.
5. Rotor (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un angle d’inclinaison de l’un des bords (19, 20, 21, 22) par rapport à l’une des faces radiales (23, 24) est égal à un angle d’inclinaison du bord (19, 20, 21, 22) opposé par rapport à l’autre des faces radiales (23, 24).
6. Rotor (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la structure circulaire (9) comprend une section annulaire interne (13), une section annulaire externe (14) et une pluralité de branches radiales (15) reliant la section annulaire interne (13) à la section annulaire externe (14) et délimitant les logements (17), les branches radiales (15) séparant deux logements (17) adjacents, et dans lequel la section annulaire interne (13), la section annulaire externe (14) et les branches radiales (15) comprennent au moins une surface interne (18) participant à délimiter au moins l’un des logements (17), la structure circulaire (9) comprenant au moins une nervure (25) faisant radialement saillie d’au moins l’une des surfaces internes (18) pour s’étendre partiellement vers l’intérieur du logement (17) correspondant.
7. Rotor (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le corps surmoulé (12) recouvre au moins partiellement les faces radiales (23, 24).
8. Rotor (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins un bord (19, 20, 21, 22) des secteurs angulaires (11) comprend une première portion (26) prolongeant de manière oblique la première face (23) et une deuxième portion (27) prolongeant de manière oblique la deuxième face (24), les deux portions obliques (26, 27) se rejoignant en une arête saillante (28).
9. Machine électrique tournante (1) à flux axial pour véhicule, comprenant un rotor (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, un premier stator (3) et un deuxième stator (4) disposés de part et d’autre du rotor (2) selon une direction axiale, et un boitier (8) délimitant un volume interne contenant le rotor (2) et les deux stators (3, 4).
10. Procédé de montage d’un rotor (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, au cours duquel :

    • on place les secteurs angulaires (11) de l’élément magnétique (10) au sein des logements (17) de la structure circulaire (9),
    • une fois les secteurs angulaires (11) placés, on forme le corps surmoulé (12) par injection de résine au sein des logements (17) et en recouvrement des faces radiales (23, 24).