TITRE : Rotor pour moteur électrique équipé de capteur de tiges

La présente invention concerne un rotor pour moteur électrique. L'invention concerne aussi un moteur électrique comprenant un tel rotor.

De manière générale, les moteurs électriques actuels comportent un rotor solidaire d'un arbre et un stator qui entoure le rotor. Le stator est monté dans un carter qui comporte des roulements pour le montage en rotation de l'arbre. Le rotor comporte un corps formé par un empilage de tôles ou roues polaires (claw pôle) maintenues sous forme de paquet au moyen d'un système de fixation adapté. Le corps du rotor comporte des cavités internes logeant des aimants permanents. Le stator comporte un corps constitué par un empilage de tôles formant une couronne, dont la face intérieure est pourvue de dents délimitant deux à deux une pluralité d'encoches ouvertes vers l'intérieur du corps de stator et destinées à recevoir des enroulements de phase. Ces enroulements de phase traversent les encoches du corps de stator et forment des chignons faisant saillie de part et d'autre du corps de stator. Les enroulements de phase peuvent par exemple être constitués d'une pluralité de segments de conducteur en forme de U, les extrémités libres de deux segments adjacents étant reliées entre elles par soudage.

Dans le rotor, le paquet de tôles est enserré axialement entre un flasque avant et un flasque arrière montés coaxialement à l'arbre. Chaque flasque a globalement la forme d'un disque s'étendant dans un plan radial perpendiculaire à l'axe de l'arbre. Chaque flasque comporte un orifice central pour le montage coaxial sur l'arbre et plusieurs trous traversant destinés à recevoir des boulons traversant axialement l'ensemble du paquet de tôles, les vis étant solidarisées aux flasques au moyen d'écrous. Les flasques avant et arrière sont généralement formés d'un matériau amagnétique, conducteur de chaleur, par exemple un métal.

Les moteurs électriques étant susceptibles d'être endommagés, voire d'être détruits, en cas de surchauffe du rotor, il est généralement nécessaire d'équiper les moteurs électriques de capteurs de température aptes à détecter la température au sein du rotor. Du fait de la difficulté à les installer sur le rotor lui-même, ces capteurs sont généralement fixés sur le stator. Cette position relativement éloignée de la source principale de chaleur n'est toutefois pas satisfaisante car elle ne fournit pas une mesure suffisamment fiable de la température régnant au sein du rotor. La présente invention a pour but de proposer une solution qui réponde à tout ou partie des problèmes précités :

Ce but peut être atteint grâce à la mise en œuvre d'un rotor pour moteur électrique comprenant : un arbre de rotor monté rotatif autour d'un axe ; un paquet de tôles monté coaxialement sur l'arbre de rotor, ledit paquet de tôles comprenant une pluralité de cavités internes ; une pluralité d'aimants permanents logés à l'intérieur des cavités internes du paquet de tôles ; au moins un flasque monté axialement sur l'arbre de rotor.

L'au moins un flasque comprend au moins une tige s'étendant axialement à l'intérieur d'un orifice ménagé axialement dans le paquet de tôles, et ladite au moins une tige étant équipée d'au moins un capteur de tige.

Ainsi configuré, le rotor de l'invention permet d'effectuer des mesures de paramètres physiques au sein même du rotor. Ces mesures sont donc plus fiables et permettent, dans le cas d'une mesure de la température du rotor, de détecter suffisamment tôt une surchauffe dudit rotor et, de ce fait, de limiter le risque d'un endommagement possible du moteur électrique résultant d'une telle surchauffe.

Le rotor peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison.

Selon un mode de réalisation, le rotor comprend un flasque avant et un flasque arrière montés coaxialement sur l'arbre de rotor et agencés axialement de part et d'autre du paquet de tôles.

Selon un mode de réalisation, l'un des flasques avant et arrière est formé dans un matériau plastique et l'autre desdits flasques avant et arrière est formé en métal, la densité du flasque en matière plastique étant sensiblement égale à la densité du flasque en métal.

Selon un mode de réalisation le flasque en métal est formé en aluminium.

Selon un mode de réalisation, l'orifice est un orifice traversant configuré pour permettre à un boulon de venir solidariser lesdits flasques avant et arrière.

Selon un mode de réalisation, l'au moins un flasque comprend au moins un capteur de flasque, ledit capteur de flasque étant un capteur de position, ou de vibration, ou tout autre type de capteur permettant d'effectuer une mesure d'une donnée physique. Selon un mode de réalisation l'au moins un capteur de flasque est fixé sur au moins un flasque par un procédé de fixation choisi parmi le surmoulage, le collage, le vissage, et le clippage.

Selon un mode de réalisation, l'au moins un capteur de flasque est imprimé directement sur au moins un flasque.

Selon un mode de réalisation, l'au moins un capteur de tige est positionné sur la tige de manière à être à une distance d'un aimant permanent de la pluralité d'aimants permanents comptée radialement, comprise entre 0 cm et 4 cm, et plus particulièrement entre 0 cm et 2 cm.

Selon un mode de réalisation, l'au moins un capteur de tige est en contact avec au moins un aimant permanent.

Selon un mode de réalisation, le rotor comprend au moins deux tiges équipées chacune d'au moins un capteur de tige.

Selon un mode de réalisation, le rotor comprend au moins deux tiges dont une seule est équipée d'au moins un capteur de tige.

Selon un mode de réalisation, l'au moins un flasque comprend deux tiges disposées en opposition par rapport à l'axe de l'arbre de rotor.

Selon un mode de réalisation, lesdites au moins deux tiges sont disposées radialement à une distance sensiblement égale de l'axe de l'arbre de rotor.

Selon une première variante, le rotor peut comprendre trois tiges disposées de sorte à former un triangle équilatéral sur un plan de coupe s'étendant radialement par rapport à l'axe de l'arbre de rotor.

Selon une autre variante non limitative, le rotor peut comprendre six tiges disposées de sorte à former un hexagone sur un plan de coupe s'étendant radialement par rapport à l'axe de l'arbre de rotor.

Selon un mode de réalisation, lesdits capteur de tiges sont disposés de manière symétrique par rapport à l'axe de l'arbre de rotor.

Selon un mode de réalisation, le rotor comprend une pluralité de capteurs de tige, chaque capteur de tige de la pluralité de capteurs de tige ayant une position différente le long de la direction axiale de l'arbre du rotor.

Selon un mode de réalisation, l'au moins un capteur de tige est un capteur de mesure thermique, et notamment une thermistance.

Selon un mode de réalisation, l'au moins un capteur de tige est en connexion électrique avec une carte électronique, ladite carte électronique étant solidaire de l'au moins un flasque. Selon un mode de réalisation, la carte électronique est configurée pour communiquer avec une unité de commande externe, par exemple par l'intermédiaire d'un mode de communication sans contact, comme le Wifi, le Bluetooth, ou l'infrarouge.

Selon un mode de réalisation, la carte électronique est surmoulée sur le flasque duquel elle est solidaire.

Selon un mode de réalisation, la carte électronique est imprimée directement sur le flasque duquel elle est solidaire.

Selon un mode de réalisation, l'au moins un flasque est formé dans un matériau plastique.

Selon un mode de réalisation, l'au moins un capteur de tige est fixé sur la tige par un procédé de fixation choisi parmi le surmoulage, le collage, le vissage et le clippage.

Selon un mode de réalisation, l'au moins un capteur de tige est imprimé directement sur la tige.

Selon un autre aspect, l'invention concerne un moteur électrique comprenant un rotor tel que défini précédemment.

D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de modes de réalisation préférés de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :

[Fig. 1] est une vue en coupe axiale du rotor selon un mode de réalisation particulier de l'invention.

[Fig. 2] est une vue en perspective d'un flasque selon un premier mode de réalisation particulier de l'invention.

[Fig. 3] est une vue en perspective d'un flasque selon un deuxième mode de réalisation particulier de l'invention.

[Fig. 4] est une vue en perspective d'un flasque selon un troisième mode de réalisation particulier de l'invention.

[Fig. 5] est une vue en coupe transversale du rotor.

[Fig. 6] est une vue en coupe axiale d'un moteur électrique incorporant le rotor représenté sur la figure 1.

Sur les figures et dans la suite de la description, les mêmes références représentent les éléments identiques ou similaires. De plus, les différents éléments ne sont pas représentés à l'échelle de manière à privilégier la clarté des figures. Par ailleurs, les différents modes de réalisation et variantes ne sont pas exclusifs les uns des autres et peuvent être combinés entre eux.

Comme illustré sur la figure 1, l'invention concerne un rotor 10 pour moteur électrique 30 comprenant un arbre de rotor 12 monté rotatif autour d'un axe.

Le rotor 10 comprend un corps formé par un paquet de tôles 14, par exemple, formé dans un matériau ferromagnétique, notamment en acier, le paquet de tôles 14 étant monté coaxialement sur l'arbre de rotor 12. Le paquet de tôles 14 est formé d'un empilement axial de tôles qui s'étendent dans un plan radial perpendiculaire à l'axe de l'arbre de rotor 12. L'arbre de rotor 12 peut par exemple être emmanché en force à l'intérieur d'une ouverture centrale du paquet de tôles 14 de manière à lier en rotation le corps du rotor 10 avec l'arbre de rotor 12.

Le paquet de tôles 14 comprend une pluralité de cavités internes 15 à l'intérieur desquelles une pluralité d'aimants permanents 16 est logée.

Une pluralité d'orifices 20 tranversants, ménagés axialement dans le paquet de tôles 14 permettent à la fois le passage d'une vis 24, ou d'une tige 18.

Une première extrémité des vis 24 peut être en appui contre la face externe d'un flasque avant 17 monté axialement sur une extrémité de l'arbre de rotor 12, tandis que l'autre extrémité des vis 24 peut être en appui contre la face externe d'un flasque arrière 19, monté axialement sur l'autre extrémité de l'arbre de rotor 12. Ainsi, le paquet de tôles 14 est enserré axialement entre le flasque avant 17 et le flasque arrière 19. Ces flasques 17, 19 permettent d'assurer un équilibrage du rotor 10 tout en permettant un bon maintien des aimants permanents 16 à l'intérieur de leur cavité interne 15. L'équilibrage peut être effectué par ajout ou retrait de matière de ces flasques 17,19. Le retrait de matière peut être effectué par usinage, tandis que l'ajout de matière peut être effectué en implantant des éléments dans des ouvertures prévues à cet effet et réparties suivant la circonférence du flasque 17, 19.

Les figures 1 à 4 illustrent différents modes de réalisations pour lesquels des orifices 20 sont également configurés pour permettre le passage d'au moins une tige 18, comprise sur l'un des flasques avant 17 ou arrière 19, et configurée pour s'étendre axialement à l'intérieur de l'orifice 20, ledit orifice pouvant être prolongé par une ouverture dans l'un des flasques avant 17 ou arrière 19, chaque tige 18 pouvant être équipée d'au moins un capteur de tige 22.

Selon le mode de réalisation, l'un des flasques avant 17 et arrière 19 est formé dans un matériau plastique et l'autre desdits flasques avant 17 et arrière 19 est formé en métal, par exemple en aluminium. De manière à permettre un bon équilibrage du rotor 10, la densité du flasque en matière plastique sera sensiblement égale à la densité du flasque en métal.

Selon un mode de réalisation non représenté, le capteur de tige 22 est en connexion électrique avec une carte électronique, ladite carte électronique étant solidaire de l'au moins un flasque 17, 19. La carte électronique peut être configurée pour communiquer avec une unité de commande externe, par exemple par l'intermédiaire d'un mode de communication sans contact, comme le Wifi, le Bluetooth, ou l'infrarouge.

En référence aux figures 2 à 4, il est représenté un des flasques d'extrémité

17 ou 19 du rotor 10. Ce flasque 17 ou 19 possède la forme d'un disque s'étendant dans un plan radial perpendiculaire à l'axe de l'arbre de rotor 12. Le flasque 17, 19 comporte un orifice central 21 pour le montage coaxial sur l'arbre 12 et plusieurs trous de fixation 20 destinés à recevoir les vis 24 traversant axialement l'ensemble du paquet de tôles 14.

Au moins l'un des flasques 17,19 comprend au moins une tige 18 sur laquelle est positionné au moins un capteur de tige 22 de manière à être à une distance d'un aimant permanent 16 de la pluralité d'aimants permanents 16 comptée radialement, comprise entre 0 cm et 4 cm, et plus particulièrement entre 0 cm et 2 cm. Il est donc possible que l'au moins un capteur de tige 22 soit en contact avec au moins un aimant permanent 16.

Comme représenté sur les figures 2 à 4, l'un ou les deux flasques avant 17 ou arrière 19 comprend au moins un capteur de flasque 26. Le capteur de flasque 26 peut notamment être un capteur de position, ou de vibration, ou tout autre type de capteur permettant d'effectuer une mesure d'une donnée physique.

Pour faciliter la fixation de la carte électronique ou des capteurs de flasque 26 sur le flasque 17 ou 19, il est avantageux de former le flasque 17 ou 19 par moulage d'un matériau plastique. La carte électronique et/ou les capteurs de flasque 26 peuvent ainsi être surmoulés avec le matériau constitutif du flasque 17 ou 19.

Dans d'autres modes de réalisation de l'invention, la carte électronique ou les capteurs de flasque 26 peuvent également être fixés sur le flasque 17 ou 19 par collage, vissage, ou clippage ou être directement imprimés sur le flasque 17 ou 19.

Par ailleurs, les capteurs de tige 22 peuvent également être fixés sur la tige

18 par collage ou clippage ou être directement imprimés sur la tige 18.

La figure 2 présente une configuration où le rotor 10 comprend deux tiges 18, disposées en opposition par rapport à l'axe de l'arbre de rotor 12, et équipées chacune d'un capteur de tige 22. Selon cette configuration, les deux tiges 18 sont disposées radialement à une distance sensiblement égale de l'axe de l'arbre de rotor 12. Chaque capteur de tige 22 peut notamment être un capteur de mesure thermique comme une thermistance.

La figure 3 présente une autre variante dans laquelle le rotor 10 comprend trois tiges 18 disposées de sorte à former un triangle équilatéral sur un plan de coupe s'étendant radialement par rapport à l'axe de l'arbre de rotor 12.

De manière non limitative, la figure 4 présente une autre variante, dans laquelle le rotor 10 comprend six tiges 18 disposées de sorte à former un hexagone sur un plan de coupe s'étendant radialement par rapport à l'axe de l'arbre de rotor 12.

De manière générale, il est préférable que les capteurs de tige 22 soient disposés dans un même plan orthogonal et de manière symétrique par rapport à l'axe de l'arbre de rotor 12, de manière à éviter un déséquilibrage du flasque 17, 19.

Selon une variante non représentée, il est possible que le rotor 10 comprenne une pluralité de tiges 18 comprenant une pluralité de capteurs de tige 22, chaque capteur de tige 22 de la pluralité de capteurs de tige 22 ayant une position différente le long de la direction axiale de l'arbre de rotor 12.

Les dispositions précédemment décrites permettent ainsi au rotor 10 d'effectuer des mesures de paramètres physiques au sein même du rotor 10. Ces mesures seront donc plus fiables et permettront, dans le cas d'une mesure de la température du rotor 10, de détecter suffisamment tôt une surchauffe dudit rotor 10 et, de ce fait, de limiter le risque d'un endommagement possible du moteur électrique 30 résultant d'une telle surchauffe.

Par ailleurs les dispositions précédemment décrites permettent un meilleur pilotage du moteur par un logiciel de contrôle pour disposer en permanence de performances optimales de ce moteur électrique 30 sans le dégrader. Il n'est en effet plus nécessaire de conserver un coefficient de sécurité puisque la mesure de la température est prise directement sur le rotor 10 et non à sa périphérie.

Comme illustré sur la figure 5, qui est une vue en coupe du rotor 10 selon un plan de coupe orthogonal à l'axe de l'arbre de rotor 12, les cavités internes 15 s'étendent suivant une direction radiale par rapport à l'axe de l'arbre de rotor 12 et sont axialement traversantes. Elles possèdent une section sensiblement triangulaire et sont réparties uniformément autour de l'axe de l'arbre de rotor 12. Deux cavités internes 15 directement adjacentes sont séparées par un segment radial 23 du paquet de tôles 14 de sorte que le corps du rotor est constitué d'une alternance de cavités internes 15 et de segments 23 lorsque l'on suit une circonférence du rotor 10. Chaque cavité interne 15 loge un aimant permanent 16 unique réalisé en ferrite. Les aimants permanents 16 sont à aimantation orthoradiale, c'est-à-dire que les deux faces d'extrémité 25, 27 de chaque aimant permanent 16 qui sont adjacentes l'une par rapport à l'autre dans le sens orthoradial sont magnétisées de manière à pouvoir générer un flux magnétique suivant une orientation orthoradiale par rapport à l'axe de l'arbre de rotor 12. Parmi ces faces d'extrémité 25, 27, il faut distinguer la face 27 correspondant au pôle Nord de l'aimant permanent 16, représenté par la lettre N sur la figure 5, et la face 25 correspondant au pôle Sud de l'aimant permanent 16, représenté par la lettre s sur la figure 5. Les aimants permanents 16 situés dans deux cavités internes 15 consécutives sont de polarités alternées. Ainsi disposés, les aimants permanents 16 génèrent dans le paquet de tôles 14 un flux magnétique orienté radialement et dirigé vers la périphérie externe du corps du rotor.

En référence à la figure 6, l'invention concerne également un moteur électrique 30 comprenant un rotor 10 du type d'un de ceux décrits ci-avant. Ce moteur électrique 30 comprend notamment un carter en deux parties logeant le rotor 10 solidaire en rotation de l'arbre de rotor 12 et un stator 36 annulaire qui entoure le rotor

10 de manière coaxiale à l'arbre de rotor 12. Le carter est constitué notamment d'un palier avant 32 et un palier arrière 34 connectés l'un à l'autre au moyen de boulons. Les paliers 32, 34 sont de forme creuse et portent chacun centralement un roulement à billes respectivement 33 et 35 pour le montage en rotation de l'arbre de rotor 12. Comme illustré sur la figure 6, des chignons 37 font saillie axialement de part et d'autre du corps de stator 36 et sont logés dans l'espace intermédiaire séparant le stator 36 des paliers respectifs 32, 34.