FR3097702A1 - Roue polaire formée de deux matériaux pour une machine électrique tournante - Google Patents

Abstract

La présente invention propose une roue polaire pour une partie active de machine électrique tournante, la roue polaire (31) comportant un plateau (32) s’étendant dans une direction transversale par rapport à un axe (X) de la roue polaire, une pluralité de griffe (33) formant chacune un pôle magnétique, chaque griffe s’étendant, à partir du plateau, entre une base (38) et une extrémité libre (39). La roue polaire comporte au moins un cœur (45) formé dans un premier matériau et une enveloppe (46) formée dans un deuxième matériau, le premier matériau présentant une perméabilité supérieure à celle du deuxième matériau. Figure pour l’abrégé : Figure 2

Description

Roue polaire formée de deux matériaux pour une machine électrique tournante

L’invention concerne notamment une roue polaire formée de deux matériaux pour une machine électrique tournante.

L’invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des machines électriques tournantes telles que les alternateurs, les alterno-démarreurs ou encore les machines réversibles et les moteurs électriques. On rappelle qu’une machine réversible est une machine électrique tournante apte à travailler de manière réversible, d’une part, comme générateur électrique en fonction alternateur et, d’autre part, comme moteur électrique par exemple pour démarrer le moteur thermique du véhicule automobile.

Une machine électrique tournante comprend un rotor mobile en rotation autour d’un axe et un stator fixe. En mode alternateur, lorsque le rotor est en rotation, il induit un champ magnétique au stator qui le transforme en courant électrique afin d’alimenter les consommateurs électriques du véhicule et de recharger la batterie. En mode moteur, le stator est alimenté électriquement et induit un champ magnétique entraînant le rotor en rotation par exemple pour démarrer le moteur thermique.

Le stator est généralement agencé de manière à entourer le rotor. Un entrefer s’étend entre les parties en regards respectives du stator et du rotor.

Le rotor est généralement formé par deux roues polaires, chacune d’elle comportant un plateau s’étendant transversalement par rapport l’axe de la roue polaire et une pluralité de griffes s’étendant axialement à partir du plateau. Pour former le rotor, les roues polaires sont disposées axialement en vis-à-vis l’une de l’autre de manière à ce que chaque griffe d’une des roues polaires soit insérée dans l’espace inter-griffe formé par deux griffes successives de l’autre roue polaire. Ainsi, au sein du rotor, chaque griffe d’une roue polaire est adjacente de deux griffes de l’autre roue polaire.

Chaque roue polaire comporte également un noyau s’étendent axialement à partir du plateau dans la même direction que les griffes. Au sein du rotor, les deux noyaux sont en contact l’un avec l’autre pour former une surface d’enroulement d’une bobine rotorique. Lorsque la bobine est alimentée, elle induit un champ magnétique au sein de chaque roue polaire. Le champ magnétique forme un chemin continu qui traverse successivement le noyau, puis le plateau puis les griffes pour ensuite traverser l’entrefer et atteindre le corps de stator.

Le champ magnétique qui traverse le rotor et le stator forme le champ magnétique utile permettant à la machine de fonctionner. Cependant, un certain nombre de lignes de champ traverse l’espace inter-griffe, au lieu de traverser l’entrefer, ou passe directement de l’extrémité libre d’une griffe d’une roue polaire dans le plateau de l’autre roue polaire et reboucle donc dans le rotor sans atteindre le stator. Ces lignes de champ forment des fuites magnétiques et ne contribuent pas au rendement de la machine. En outre, certaine des lignes de champ peuvent aussi sortir momentanément de la roue polaire et passer du plateau à une griffe sans prendre le chemin optimisé. Tous ces phénomènes de fuite entrainent une diminution des performances de la machine électrique tournante.

La présente invention vise à permettre d’éviter les inconvénients de l’art antérieur et en particulier à améliorer le rendement de la machine électrique tournante notamment en diminuant les fuites magnétiques.

A cet effet, la présente invention a donc pour objet une roue polaire pour une partie active de machine électrique tournante, la roue polaire comportant un plateau s’étendant dans une direction transversale par rapport à un axe de la roue polaire, une pluralité de griffe formant chacune un pôle magnétique, chaque griffe s’étendant, à partir du plateau, entre une base et une extrémité libre. Selon la présente invention, la roue polaire comporte au moins un cœur formé dans un premier matériau et une enveloppe formée dans un deuxième matériau, le premier matériau présentant une perméabilité supérieure à celle du deuxième matériau.

Grâce à son matériau à plus forte perméabilité, le cœur forme une zone à concentration de flux magnétique. Cela permet d’éloigner les lignes de champ des zones potentielles de fuite et ainsi de diminuer les fuites magnétiques.

Selon une réalisation, l’enveloppe est agencée pour entourer au moins partiellement le cœur.

Selon une réalisation, le cœur est agencé pour former une première portion périphérique d’au moins une griffe, ladite première portion périphérique étant destinée à s’étendre en regard d’un entrefer définit par la zone s’étendant entre un rotor et un stator de la machine électrique tournante. Le rotor et le stator forme chacun une partie active de la machine électrique tournante. Cela permet de canaliser les lignes de champ pour qu’un plus grand nombre de ligne de champ traverse cette zone formée par la première surface périphérique et donc traverse l’entrefer en direction de l’autre partie active de la machine électrique tournante.

On entend par portion périphérique d’une griffe, une partie délimitant la griffe et formant donc une surface apparente de la griffe.

Par exemple, lorsque la roue polaire est un élément du rotor de la machine électrique tournante, alors la première portion périphérique est destinée à s’étendre en regard du stator de ladite machine.

Toujours par exemple, la griffe s’étend dans une direction axiale et la première portion périphérique forme une portion d’une surface d’extrémité radiale externe de ladite griffe.

La première portion périphérique s’étend entre l’extrémité libre et la base de la griffe.

Selon une réalisation, l’enveloppe est agencée pour former : au moins une deuxième portion périphérique d’au moins une griffe, ladite deuxième portion périphérique étant destinée à s’étendre en regard d’un espace inter-griffe formé entre deux griffes adjacentes ; et/ou l’extrémité libre d’au moins une griffe ; et/ou une troisième portion périphérique d’au moins une griffe, ladite troisième portion périphérique étant destinée à s’étendre en regard d’une bobine rotorique de la partie active.

Le fait que l’enveloppe soit agencée pour former la deuxième portion périphérique permet de diminuer le nombre de ligne de champ traversant cette zone formée par la deuxième surface périphérique et ainsi de diminuer les fuites entre les griffes.

L’espace inter-griffe est formé par la zone s’étendant entre deux griffes successives de roues polaires distinctes.

Par exemple, la griffe s’étend dans une direction axiale et la deuxième portion périphérique forme une surface d’extrémité latérale de ladite griffe selon une direction circonférentielle.

De plus, l’enveloppe est notamment agencée pour former les deux surfaces d’extrémité latérale de la griffe, s’étendant l’une par rapport à l’autre de manière opposée par rapport à un axe de la griffe.

Le fait que l’enveloppe soit agencée pour former l’extrémité libre d’au moins une griffe permet de réduire les lignes de champ traversant l’extrémité libre de la griffe et ainsi de réduire les fuites entre l’extrémité de la griffe et le plateau de l’autre roue polaire.

Le fait que l’enveloppe soit agencée pour former la troisième portion périphérique d’au moins une griffe permet de réduire les lignes de champ traversant la zone formant ladite troisième portion périphérique et ainsi de réduire les fuites entre la griffe et le plateau de la partie active. Ainsi, les lignes de champ ne sortent pas à l’extérieur de la roue polaire avant de traverser l’entrefer.

Par exemple, la griffe s’étend dans une direction axiale et la troisième portion périphérique forme une portion d’une surface d’extrémité radiale interne de ladite griffe.

Selon une réalisation, l’enveloppe est agencée pour former une portion périphérique inférieure du plateau et/ou une portion périphérique supérieure du plateau. Cela permet de réduire les lignes de champ traversant la zone inférieure du plateau et ainsi de réduire les fuites entre la griffe et le plateau de la partie active. Ainsi, les lignes de champ ne sortent pas à l’extérieur de la roue polaire avant de traverser l’entrefer. Cela permet également de réduire les lignes de champ traversant la zone supérieure du plateau et ainsi de réduire les fuites entre le plateau et la griffe de l’autre roue polaire de la partie active.

La portion périphérique inférieure du plateau forme une portion de la surface d’extrémité axiale inférieure du plateau, la surface inférieure s’étendant en vis-à-vis de la direction d’extension des griffes.

La portion périphérique supérieure du plateau forme une portion de la surface d’extrémité axiale supérieure du plateau, la surface supérieure s’étendant à l’opposé de la direction d’extension des griffes.

Selon une réalisation, le cœur est agencé pour former une portion centrale du plateau. Cela permet d’améliorer la canalisation des lignes de champ par le cœur en agrandissant la zone de concentration de flux et en la rapprochant de la zone de formation desdites lignes de champ.

On entend par portion centrale, une portion ne formant par une surface d’extrémité, c’est-à-dire une portion non apparente. La portion centrale pouvant former être centrée ou décentrée par rapport au milieu de l’élément la comprenant. La portion centrale ne forme donc pas nécessairement le milieu.

Selon une réalisation, la roue polaire comporte, en outre, un noyau s’étendant à partir du plateau, le cœur étant agencé pour former une portion du noyau et l’enveloppe étant agencée pour entourer ladite portion du noyau et former une surface périphérique circonférentielle externe du noyau. Cela permet d’améliorer la canalisation des lignes de champ par le cœur en agrandissant la zone de concentration de flux et en la rapprochant de la zone de formation desdites lignes de champ. De plus, cela permet de réduire les lignes de champ traversant la zone périphérique du noyau et ainsi de réduire les fuites entre le plateau et le noyau de la roue polaire. Ainsi, les lignes de champ ne sortent pas à l’extérieur de la roue polaire avant de traverser l’entrefer.

Selon une réalisation, la portion du noyau formant une partie du cœur s’étend de manière à former une portion de la surface d’extrémité axiale du cœur. Cela permet à la zone de concentration de flux de former un chemin complet entre une griffe de la première roue polaire de la partie active et l’autre griffe de la seconde roue polaire de ladite partie active.

Selon une réalisation, le cœur est formé d’un alliage de Fer-Cobalt ou de Fer-Nickel et l’enveloppe est formée d’un alliage de Fer-Silicium.

Selon une autre réalisation, le cœur est formé d’un alliage de Fer-Silicium et l’enveloppe est formée d’un matériau composite magnétiquement doux.

Selon une réalisation, un ratio d’une longueur, prise dans une direction axiale, d’une griffe sur une longueur, prise dans une direction axiale, du cœur de ladite griffe est compris entre 1,1 et 5.

Selon une réalisation, un ratio d’une largeur, prise dans une direction circonférentielle, d’une griffe sur une largeur, prise dans une direction circonférentielle, du cœur de ladite griffe est compris entre 1,1 et 5.

La présente invention a également pour objet une partie active telle qu’un rotor ou un stator de machine électrique tournante, la partie active comportant au moins une roue polaire telle que précédemment décrite.

La présente invention a également pour objet une machine électrique tournante, ladite machine comportant une partie active comprenant au moins une roue polaire telle que précédemment décrite. La machine électrique tournante peut, avantageusement, former un alternateur, un alterno-démarreur, une machine réversible ou un moteur électrique.

La présente invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de l’invention et de l’examen des dessins annexés.

La représente, schématiquement et partiellement, une vue en coupe d’une machine électrique tournante selon un exemple de mise en œuvre de l’invention.

La représente, schématiquement et partiellement, une vue en coupe en perspective dans un plan axial d’une partie des deux roues polaires du rotor de la figure 1.

La représente, schématiquement et partiellement, une vue en coupe dans un plan axial d’une partie de la roue polaire selon un premier mode de réalisation de l’invention.

La représente, schématiquement et partiellement, une vue en coupe dans un plan axial d’une partie de la roue polaire selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.

. La représente, schématiquement et partiellement, une vue en coupe dans un plan axial d’une partie de la roue polaire selon un troisième mode de réalisation de l’invention.

La représente, schématiquement et partiellement, une vue en coupe dans un plan axial d’une partie de la roue polaire selon un quatrième mode de réalisation de l’invention.

La représente, schématiquement et partiellement, une vue de la surface d’extrémité radiale externe d’une griffe de la roue polaire selon un exemple de réalisation de l’invention.

La représente, schématiquement et partiellement, une vue de la surface d’extrémité radiale externe d’une griffe de la roue polaire selon un autre exemple de réalisation de l’invention.

Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent les mêmes références d’une figure à l’autre. On notera également que les différentes figures ne sont pas nécessairement à la même échelle. De plus, les modes de réalisation qui sont décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs.

La figure 1 représente un exemple de machine électrique tournante 10 compacte et polyphasée, notamment pour véhicule automobile. Cette machine 10 transforme de l’énergie mécanique en énergie électrique, en mode alternateur, et peut fonctionner en mode moteur pour transformer de l’énergie électrique en énergie mécanique. Cette machine électrique tournante 10 est, par exemple, un alternateur, un alterno-démarreur, une machine réversible ou un moteur électrique.

Dans cet exemple, la machine 10 comporte un carter 11. A l'intérieur de ce carter 11, elle comporte, en outre, un arbre 13, un rotor 12 solidaire en rotation de l’arbre 13 et un stator 15 entourant le rotor 12. Le mouvement de rotation du rotor 12 se fait autour d’un axe X. Dans la suite de la description, la direction axiale correspond à l'axe X, traversant en son centre l’arbre 13, alors que les orientations radiales correspondent à des plans concourants, et notamment perpendiculaires, à l'axe X. Pour les directions radiales, la dénomination intérieure correspondant à un élément orienté vers l’axe, ou plus proche de l’axe par rapport à un second élément, la dénomination extérieure désignant un éloignement de l’axe.

Dans cet exemple, le carter 11 comporte un flasque avant 16 et un flasque arrière 17 qui sont assemblés ensemble et qui portent le stator. Ces flasques 16, 17 sont de forme creuse et portent, chacun, centralement un palier accouplé à un roulement à billes 18, 19 respectif pour le montage à rotation de l'arbre 13. En outre, le carter 11 comporte des moyens de fixation 14 permettant le montage de la machine électrique tournante 10 dans le véhicule.

Dans cet exemple de réalisation, le stator 15 comporte un corps 27 formé d'un paquet de tôles doté d'encoches, équipées d’isolant d’encoche pour le montage d’un bobinage électrique 28. Le bobinage traverse les encoches du corps 27 et forment un chignon avant 29 et un chignon arrière 30 de part et d'autre du corps du stator. Par ailleurs, le bobinage 28 est formé d’une ou plusieurs phases comportant au moins un conducteur électrique et étant reliées électriquement à un ensemble électronique 36.

L’ensemble électronique 36 qui est ici monté sur le carter 11, comporte au moins un module électronique de puissance permettant de piloter au moins une phase du bobinage 28. Le module de puissance forme un pont redresseur de tension pour transformer la tension alternative générée en une tension continue et inversement.

Un organe d’entraînement tel qu’une poulie 20 peut être fixé sur une extrémité avant de l’arbre 13. Cet organe permet de transmettre le mouvement de rotation à l’arbre ou à l’arbre de transmettre son mouvement de rotation à la courroie. Dans la suite de la description, les dénominations avant/arrière se réfèrent à cet organe. Ainsi une face avant est une face orientée en direction de l’organe alors qu’une face arrière est une face orientée en direction opposée dudit organe.

L’extrémité arrière de l’arbre 13 porte, ici, des bagues collectrices 21 appartenant à un collecteur 22. Des balais 23 appartenant à un porte-balais 24 sont disposés de façon à frotter sur les bagues collectrices 21. Le porte-balais 24 est relié à un régulateur de tension (non représenté).

Le flasque avant 16 et le flasque arrière 17 peuvent comporter des ouvertures sensiblement latérales pour le passage d’un flux d’air en vue de permettre le refroidissement de la machine 10 par circulation d'air engendrée par la rotation d’un ventilateur avant 25 agencé sur une face axiale avant du rotor 12 et d’un ventilateur arrière 26 agencé sur une face axiale arrière dudit rotor.

Le rotor 12 est un rotor à griffe comportant deux roues polaires 31 s’étendant chacune selon un axe qui est, ici, confondu avec l’axe X de rotation de la machine. Chaque roue polaire 31 est formée d’un plateau 32 s’étendant transversalement par rapport à l’axe X et présentant une forme sensiblement d’anneau. Le plateau est délimité par une surface d’extrémité axiale supérieure 41 s’étendant sensiblement perpendiculairement à l’axe X et une surface d’extrémité axiale inférieure 42 s’étendant sensiblement perpendiculairement à l’axe X, à l’opposé de ladite surface supérieure. Le plateau présente une ouverture (non représentée sur le figures 5 et 6) pour permettre le passage de l’arbre 13.

Chaque roue polaire 31 comporte, en outre, une pluralité de griffes 33 formants des pôles magnétiques. Chaque griffe s’étend à partir du plateau 32 dans une direction axiale par rapport à un axe de la griffe. L’axe de la griffe est notamment parallèle à l’axe X de la machine. En particulier, les griffes sont espacées régulièrement sur toute la circonférence du plateau. Les griffes s’étendent à partir d’un pourtour extérieur du plateau. Chacune des griffes 33 s’étend dans une direction sensiblement axiale à partir du plateau 32 en direction de l’autre roue polaire du rotor, chaque griffe pénétrant dans l'espace existant entre deux griffes successive de ladite autre roue polaire, de sorte que les griffes des deux roues polaires soient imbriquées. Ainsi, le rotor comporte une alternance dans une direction circonférentielle de griffes de chaque roue polaire. Deux griffes adjacentes du rotor appartiennent donc à deux roues polaires distinctes. La zone s’étendant entre les griffes adjacentes est dite espace inter-griffe 40. Cet espace inter-griffe peut rester vide ou comporter un élément magnétique tel qu’un aimant permanent.

La description qui suit est faite en référence à une griffe 33 d’une roue polaire, il est entendu que toutes les griffes des deux roues polaires sont identiques. La griffe présente une forme sensiblement trapézoïdale. La griffe 33 s’étendant depuis une base 38 disposée de manière adjacente au plateau 32 jusqu’à une extrémité libre 39. La griffe présente une surface d’extrémité radiale externe 43 s’étendant en regard du stator 15 et une surface d’extrémité radiale interne 44 opposée radialement à ladite surface externe 43 par rapport à l’axe X de la machine. Les surfaces externe et interne s’étendent sensiblement axialement entre la base de la griffe 38 et l’extrémité libre de ladite griffe 39. La surface d’extrémité radiale externe 43 définit une zone s’étendant entre ladite surface et le corps de stator 27, cette zone étant couramment appelée entrefer 37. De plus, la griffe 33 présente deux surfaces d’extrémité circonférentielle 47 s’étendent sensiblement axialement entre la base de la griffe 38 et l’extrémité libre de ladite griffe 39 et sensiblement radialement entre la surface externe 43 et la surface interne 44 de ladite griffe, les deux surfaces circonférentielles formant chacune une surface latérale de la griffe s’étendant de manière opposée l’une de l’autre par rapport à l’axe de la griffe. Lesdites surfaces circonférentielles 47 s’étendent, respectivement, en regard d’une autre griffe de l’autre roue polaire pour former des espaces inter-griffe 40.

Le roto 12 comporte également un noyau 34 formant une portion d’enroulement d’une bobine rotorique 35. La bobine est formée d’un fil électriquement conducteur enroulée autour du noyau. La bobine peut également être enroulée autour d’un isolant monté autour du noyau. Par exemple, les bagues collectrices 21 appartenant au collecteur 22 sont reliées par des liaisons filaires à ladite bobine 35. Le noyau peut être indépendant des roues polaires ou être intégré à l’une des roues polaires ou encore être formé de deux demi-noyau chacun intégré sur une des roues polaires. Le noyau présente une forme sensiblement cylindrique. Le noyau 34 s’étend dans une direction axiale à partir du plateau 32 et notamment à partir de la surface d’extrémité axiale inférieure 42 dudit plateau.

La figure 2 illustre plus précisément l’imbrication des griffes 33 entre elles et montre une vue en coupe des griffes permettant d’illustrer leur matériau. La roue polaire est formée d’un cœur 45 au moins partiellement enveloppé dans une enveloppe 46. Le cœur et l’enveloppe sont formées de deux matériaux différents et en particulier le cœur 45 présente un matériau dont la perméabilité magnétique est supérieure à celle du matériau formant l’enveloppe 46. Le cœur forme ainsi une zone à concentration de flux magnétique, c’est-à-dire qu’il est agencé pour capter les lignes de champ. Le cœur forme alors un chemin préférentiel pour les lignes de champ et permet d’éloigner lesdites lignes de champ des zones à fuite de la roue polaire. Au contraire, l’enveloppe forme une zone à faible concentration de flux. L’enveloppe est agencée dans la roue polaire dans les zones à fuite, c’est-à-dire les zones les plus touchées par les fuites de flux magnétique. Cela permet de diminuer la concentration de champ magnétique dans ces zones à fuite et ainsi diminuer les fuites magnétiques et améliorer les performances de la machine.

La figure 3 illustre un premier mode de réalisation d’une roue polaire, dont seule une griffe 33 et une partie du plateau 32 sont représentées pour faciliter la lecture de la figure mais toutes les griffes de la roue polaire peuvent être formée de manière identique. Dans ce premier mode de réalisation, le cœur 45 est agencé pour former une première portion périphérique de la griffe 33 s’étendant en vis-à-vis de l’entrefer 37. Autrement dit, le cœur forme une portion apparente de la griffe qui s’étend en regard du stator 15. En particulier dans cet exemple, la première portion périphérique forme une portion de la surface d’extrémité radiale externe 43 de la griffe et s’étend entre l’extrémité libre 39 et la base 38 de ladite griffe.

Toujours dans un exemple de ce premier mode de réalisation, le cœur 45 présente une forme trapézoïdale sensiblement de pyramide qui suit la forme de la griffe. Le cœur forme donc une des surface d’extrémité de la griffe 33 ainsi qu’une portion centrale de ladite griffe. La portion centrale est formée à l’intérieur de la griffe sans former une surface apparente de ladite griffe.

De plus, dans l’exemple de la figure 3, l’enveloppe 46 est agencée pour former une deuxième portion périphérique de la griffe 33 s’étendant en vis-à-vis de l’espace inter-griffe 40. En particulier dans cet exemple, la deuxième portion périphérique forme une des surfaces d’extrémité circonférentielle 47 de ladite griffe. Cela permet d’éloigner la zone à concentration de flux de la griffe adjacente pour limiter les fuites griffe-griffe F1 représentées sur la figure 2. De préférence, l’enveloppe 36 forme les deux surfaces d’extrémité circonférentielle 47 de la griffe 33.

Toujours dans cet exemple de réalisation, l’enveloppe 46 est agencée pour former l’extrémité libre 39 de la griffe. Cela permet d’éloigner la zone à concentration de flux du plateau 32 de l’autre roue polaire 31 pour limiter les fuites extrémité de griffe-base de griffe F2 représentées sur la figure 2 ainsi que les fuites griffe-plateau F5 représentées sur la figure 2.

En outre, dans l’exemple de la figure 3, l’enveloppe 46 est agencée pour former une troisième portion périphérique de la griffe 33 s’étendant en vis-à-vis de la bobine rotorique 35. En particulier, la troisième portion périphérique forme une portion de la surface d’extrémité radiale interne 44 de la griffe et s’étend entre l’extrémité libre 39 et la base 38 de ladite griffe. Cela permet d’éloigner la zone à concentration de flux du plateau 32 de la même roue polaire 31 pour limiter les fuites griffe-plateau F3 représentées sur la figure 2.

Dans ce premier mode de réalisation, le cœur 45 s’étend uniquement dans une portion de la griffe 33, c’est-à-dire que le plateau 32 et le noyau 34 sont entièrement formés par l’enveloppe 46.

La figure 4 illustre un deuxième mode de réalisation d’une roue polaire, dont seule une griffe 33 et une partie du plateau 32 sont représentées pour faciliter la lecture de la figure mais toutes les griffes de la roue polaire peuvent être formée de manière identique. Dans ce deuxième mode de réalisation, la griffe et le noyau sont identiques, respectivement, à ceux décrits dans le premier mode de réalisation décrit en référence à la figure 3. Seul le plateau 32 est donc aménagé différemment.

Dans ce deuxième mode de réalisation, le cœur 45 s’étend dans une partie du plateau 32. Plus précisément, une portion centrale du plateau s’étendant de manière à former un anneau disposé sur le pourtour externe du plateau fait partie du cœur 45. Cette partie du cœur est agencée pour être en contact de la partie du cœur formée dans la griffe 33. Ces deux parties sont continues, c’est-à-dire qu’elles sont issues de matière l’une avec l’autre.

Toujours dans ce deuxième mode de réalisation, l’enveloppe 46 est agencée pour former une portion périphérique inférieure du plateau 32, ladite portion formant la surface d’extrémité axiale inférieure 42 du plateau. Cela permet d’éloigner la zone à concentration de flux du plateau 32 de la même roue polaire 31 pour limiter les fuites griffe-plateau F3 représentées sur la figure 2.

De plus dans cet exemple, l’enveloppe 46 est agencée pour former une portion périphérique supérieure du plateau 32, ladite portion formant la surface d’extrémité axiale supérieure 41 du plateau. Cela permet d’éloigner la zone à concentration de flux du plateau 32 de l’autre roue polaire 31 pour limiter les fuites griffe-plateau F2 représentées sur la figure 2.

En outre, une portion centrale formant le pourtour interne du plateau et la jonction avec le noyau 34 est également formée par l’enveloppe 46.

La figure 5 illustre un troisième mode de réalisation d’une roue polaire, dont le noyau 34 a été omis. Dans ce troisième mode de réalisation, la griffe et le noyau sont identiques, respectivement, à ceux décrits dans les premiers et deuxièmes modes de réalisation décrits en référence aux figures 3 et 4. Seul le plateau 32 est donc aménagé différemment.

Par rapport au deuxième mode de réalisation, la partie centrale du plateau 32 est entièrement formée par une partie du cœur 45. Ainsi, le plateau est formé par un premier anneau formée par une partie de l’enveloppe 46, un deuxième anneau formé par une partie du cœur 45 et un troisième anneau formé par une partie de l’enveloppe 46, les trois anneaux étant superposés axialement.

La figure 6 illustre un quatrième mode de réalisation d’une roue polaire. Dans ce quatrième mode de réalisation, la griffe et le plateau sont identiques, respectivement, à ceux décrits dans le troisième mode de réalisation décrit en référence à la figure 5. Seul le noyau 34 est donc aménagé différemment.

Dans ce quatrième mode de réalisation, le cœur 45 s’étend de manière à former une portion du noyau 34 et notamment une surface périphérique circonférentielle interne du noyau. Cette surface étant traversée centralement par l’arbre 13, non illustré ici. Plus précisément, la portion du noyau formée par le cœur présente une forme d’un cylindre creux et est débouchante axialement sur les deux extrémités axiales du noyau 34. Ainsi, la surface d’extrémité axiale 48 du noyau en contact avec la surface d’extrémité axiale du noyau de l’autre roue polaire sont en contact l’une avec l’autre. Le flux magnétique peut ainsi parcourir un chemin complet dans la roue polaire formée uniquement par la zone à concentration de flux, c’est-à-dire par le matériau à plus forte perméabilité.

Dans cet exemple illustré par la figure 6, l’enveloppe 46 est agencée pour former une surface périphérique circonférentielle externe 50 du noyau. Plus précisément, la portion du noyau formée par l’enveloppe présente une forme d’un cylindre creux entourant la portion formée par le cœur 45. Cela permet d’éloigner la zone à concentration de flux du plateau 32 de la roue polaire 31 pour limiter les fuites noyau-plateau F4 représentées sur la figure 6.

Le cœur 45 est, ici, continu depuis la surface d’extrémité axiale 48 du noyau 34 jusqu’à la surface d’extrémité radiale externe 43 de la griffe 33. De manière similaire, l’enveloppe forme, ici, une zone continue dont toutes les parties sont issues de matière les unes avec les autres.

Dans un premier exemple de réalisation applicable à l’un quelconque des quatre modes de réalisation décrits ci-dessus, le cœur 45 est formé d’un alliage de Fer-Cobalt ou de Fer-Nickel et l’enveloppe 46 est formée d’un alliage de Fer-Silicium.

La figure 7 représentent la surface d’extrémité radiale externe 43 d’une griffe 33 selon ce premier exemple de réalisation. Par exemple ici, un ratio d’une longueur Hg, prise dans une direction axiale, d’une griffe 33 sur une longueur Hc, prise dans une direction axiale, du cœur 45 de ladite griffe est compris entre 1,4 et 5. Toujours par exemple, un ratio d’une largeur Lg, prise dans une direction circonférentielle, d’une griffe 33 sur une largeur Lc, prise dans une direction circonférentielle, du cœur 45 de ladite griffe est compris entre 1,2 et 5. Ces dimensions permettent d’optimiser la zone à concentration de flux tout en optimisant les coûts de matière première de la roue polaire.

Dans un second exemple de réalisation applicable à l’un quelconque des quatre modes de réalisation décrits ci-dessus, le cœur 45 est formé d’un alliage de Fer-Silicium et l’enveloppe 46 est formée d’un matériau composite magnétiquement doux. Un tel matériau est également appelé en anglais « soft magnetic composite » ou SMC.

La figure 8 représentent la surface d’extrémité radiale externe 43 d’une griffe 33 selon ce second exemple de réalisation. Par exemple ici, un ratio d’une longueur Hg, prise dans une direction axiale, d’une griffe 33 sur une longueur Hc, prise dans une direction axiale, du cœur 45 de ladite griffe est compris entre 1,1 et 2. Toujours par exemple, un ratio d’une largeur Lg, prise dans une direction circonférentielle, d’une griffe 33 sur une largeur Lc, prise dans une direction circonférentielle, du cœur 45 de ladite griffe est compris entre 1,1 et 2. Ces dimensions permettent d’optimiser la zone à concentration de flux tout en optimisant les coûts de matière première de la roue polaire.

Dans tous les modes de réalisation décrit précédemment, l’enveloppe 46 présente de préférence une épaisseur minimum de 1 mm à chacune de ces portions.

Le cœur 45 peut être agencé pour atteindre son niveau de saturation magnétique avant que l’enveloppe 46 n’atteigne son niveau de saturation magnétique. Par exemple, la saturation magnétique dépend des dimensions et de la géométrie de l’élément ainsi que de son matériau et notamment de la perméabilité ainsi que du seuil de saturation du matériau.

Par exemple les matériaux formant le cœur 45 et l’enveloppe 46 peuvent présenter des seuils de saturation différent.

Le matériau formant l’enveloppe 46 peut comporter des caractéristiques de résistance mécanique supérieure à celle du matériau formant le cœur 45.

Une telle roue polaire 31 peut par exemple être fabriquée par moulage à bi-injection, par fabrication additive à l’aide notamment d’une imprimante 3D. Alternativement, la roue polaire peut également être fabriquée par une étape de forgeage pour former l’enveloppe 46 associée à une étage d’usinage permettant l’insertion d’un insert pour former le cœur 45.

La présente invention trouve des applications en particulier dans le domaine des rotors pour machine électrique tournante de véhicule automobile mais elle pourrait également s’appliquer à tout type de machine tournante.

Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de la présente invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents. En particulier, la machine électrique tournante est formée de deux parties actives : un rotor et un stator. La description qui précède a été faite en prenant l’exemple du rotor mais l’invention est tout à fait transposable à un stator formé de roue polaire. De même, on ne sortira pas du cadre de l’invention en combinant les différents modes de réalisation au sein d’une même roue polaire ou d’une même partie active. Ainsi, un rotor peut comporter deux roues polaires présentant des structures différentes l’une de l’autre. De manière similaire une même roue polaire peut présenter des griffes de structure différente.

Claims (10)

1. Roue polaire pour une partie active de machine électrique tournante, la roue polaire (31) comportant un plateau (32) s’étendant dans une direction transversale par rapport à un axe (X) de la roue polaire, une pluralité de griffe (33) formant chacune un pôle magnétique, chaque griffe s’étendant, à partir du plateau, entre une base (38) et une extrémité libre (39), la roue polaire étant caractérisée en ce qu’elle comporte au moins un cœur (45) formé dans un premier matériau et une enveloppe (46) formée dans un deuxième matériau, le premier matériau présentant une perméabilité supérieure à celle du deuxième matériau.
2. Roue polaire selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le cœur (45) est agencé pour former une première portion périphérique d’au moins une griffe (33), ladite première portion périphérique étant destinée à s’étendre en regard d’un entrefer (37) définit par la zone s’étendant entre un rotor (12) et un stator (15) de la machine électrique tournante (10).
3. Roue polaire selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’enveloppe (46) est agencée pour former :

   1. au moins une deuxième portion périphérique d’au moins une griffe (33), ladite deuxième portion périphérique étant destinée à s’étendre en regard d’un espace inter-griffe (40) formé entre deux griffes adjacentes ; et/ou
   2. l’extrémité libre (39) d’au moins une griffe ; et/ou
   3. une troisième portion périphérique d’au moins une griffe (33), ladite troisième portion périphérique étant destinée à s’étendre en regard d’une bobine rotorique (35) de la partie active.
4. Roue polaire selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’enveloppe (46) est agencée pour former :

   1. une portion périphérique inférieure du plateau (32) ; et/ou
   2. une portion périphérique supérieure du plateau (32).
5. Roue polaire selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le cœur (45) est agencé pour former une portion centrale du plateau (32).
6. Roue polaire selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la roue polaire (31) comporte, en outre, un noyau (34) s’étendant à partir du plateau (32), le cœur (35) étant agencé pour former une portion du noyau et l’enveloppe (36) étant agencée pour entourer ladite portion du noyau et former une surface périphérique circonférentielle externe (50) du noyau.
7. Roue polaire selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’un ratio d’une longueur (Hg), prise dans une direction axiale, d’une griffe (33) sur une longueur (Hc), prise dans une direction axiale, du cœur (45) de ladite griffe est compris entre 1,1 et 5.
8. Roue polaire selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’un ratio d’une largeur (Lg), prise dans une direction circonférentielle, d’une griffe (33) sur une largeur (Lc), prise dans une direction circonférentielle, du cœur (45) de ladite griffe est compris entre 1,1 et 5.
9. Partie active de machine électrique tournante, telle qu’un rotor (12) ou un stator (15), la partie active comprenant au moins une roue polaire (31) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
10. Machine électrique tournante comprenant une partie active selon la revendication précédente.