FR3157975A1

FR3157975A1 - Empilement axial de plaques metalliques pour un rotor de machine electrique

Info

Publication number: FR3157975A1
Application number: FR2315397A
Authority: FR
Inventors: Augustin Bellet; Rostislav Hadas; Satish SAGA; Mohamed Khanchoul
Original assignee: Valeo Japan Co Ltd
Current assignee: Valeo Japan Co Ltd
Priority date: 2023-12-27
Filing date: 2023-12-27
Publication date: 2025-07-04

Abstract

L’invention concerne un empilement axial d’axe X de plaques (14) métalliques pour un rotor de machine électrique, ledit empilement comportant des organes de fixation (22) axiaux, lesdites plaques (14) étant immobilisées transversalement par rapport à l’axe X par l’intermédiaire desdits organes (22) traversant des passages (24) pour lesdits organes (24) formés dans lesdites plaques (14), une section transversale desdits organes (22) étant de surface inférieure à une surface d’une section transversale desdits passages (24), la section de chaque passage (24) dans l’une au moins des plaques étant délimitée par un profil (P) configuré pour immobiliser transversalement chaque organe (22) dans ledit passage (24), afin d’éviter un cintrage desdits organes (22) au travers desdits passages (24). Figure pour l'abrégé : Figure 4

Description

EMPILEMENT AXIAL DE PLAQUES METALLIQUES POUR UN ROTOR DE MACHINE ELECTRIQUE

Domaine technique de l'invention

L’invention concerne un empilement axial de plaques métalliques pour un rotor de machine électrique, un rotor de machine électrique comportant un tel empilement, et une machine électrique comportant un tel rotor.

Arrière-plan technique

Un moteur électrique comporte un rotor monté tournant dans un stator. Le rotor est généralement réalisé sous la forme de tôles dite « feuilletées », c’est-à-dire sous la forme d’un empilement axial de plaques.

Les plaques doivent être maintenues axialement les unes contre les autres au sein de l’empilement. A cet effet, des organes de fixations axiaux traversent des passages formés dans les plaques.

Par souci de compacité, et pour ne pas pratiquer dans les plaques d’ouvertures supplémentaires qui risqueraient de perturber l’orientation radiale des lignes de flux magnétique, les passages sont conventionnellement confondus avec des lumières oblongues servant à guider radialement le flux.

De ce fait, les passages sont nécessairement d’une taille nettement supérieure à celle des organes de fixation. Il en résulte que, lors du montage du rotor et de l’assemblage des plaques métalliques, les organes de fixation axiaux ne sont, dans le meilleur des cas, retenus dans les passages que radialement vers l’extérieur, mais ne sont retenus dans ces passages ni tangentiellement, ni radialement vers l’intérieur. Les organes de fixation étant susceptibles de mouvements tangentiels et radiaux vers l’intérieur du rotor au travers des passages, il existe donc un risque élevé de cintrage de ces organes de fixation au travers de ces passages lors de l’assemblage des plaques et au cours du fonctionnement du rotor .

Il existe donc un réel besoin d’un empilement de plaques métalliques qui permette à la fois de proposer une orientation adéquate du flux magnétique et d’assurer un maintien optimal des organes de fixation dans les passages selon les directions radiales et tangentielles.

L’invention satisfait à ce besoin en proposant des plaques ayant des passages particuliers aptes à immobiliser les organes de fixation dans ces passages.

Dans ce but, l’invention propose un empilement axial d’axe X de plaques métalliques pour un rotor de machine électrique, ledit empilement comprenant en outre des organes de fixation axiaux, lesdites plaques étant immobilisées transversalement par rapport à l’axe X par l’intermédiaire des organes de fixation traversant des passages pour lesdits organes formés dans lesdites plaques, une section transversale desdits organes étant de surface inférieure à une surface d’une section transversale desdits passages, la section de chaque passage dans l’une au moins des plaques étant délimitée par un profil configuré pour immobiliser transversalement chaque organe dans ledit passage, afin d’éviter un cintrage desdits organes au travers desdits passages.

L’utilisation d’un profil spécifique pour chaque passage d’au moins une des plaques de l’empilement permet d’immobiliser transversalement - c’est-à-dire radialement et tangentiellement - l’organe de fixation dans ce passage, et limite ainsi le risque de cintrage de cet organe puisqu’il est maintenu dans toutes les directions transversales, ceci au moins au niveau de cette plaque de l’empilement.

La conformation des passages selon un profil particulier permet de se dispenser d’éléments de maintien supplémentaires et permet d’assurer un maintien satisfaisant des organes de fixation du seul fait de la découpe particulière des passages dans la ou les plaques choisies à cette fin. Autrement dit, lesdits passages ne servent pas seulement à laisser passer lesdits organes de fixation mais aussi à les maintenir, ceci tout en offrant la ou les fonctions liées à leur grande section, supérieure à la section desdits organes de fixation, à commencer par un allègement du poids dudit empilement.

Selon d’autres caractéristiques de l’invention :

- la section de chaque passage est délimitée par ledit profil pour l’ensemble des plaques,

- le profil de chaque passage comporte un bord d’extrémité radiale extérieure épousant une première partie d’une surface externe de chaque organe et deux bords opposés intermédiaires, au moins un desdits bords intermédiaires comportant un ergot faisant saillie vers l’intérieur du passage et apte à immobiliser une deuxième partie de la surface externe de chaque organe,

- le bord d’extrémité radiale extérieure et ledit au moins un ergot délimitent une première sous-section du passage ouverte entre ledit au moins un ergot et le bord intermédiaire opposé,

- chaque bord intermédiaire comporte un dit ergot, lesdits ergots étant opposés tangentiellement l’un à l’autre.

- chaque organe est cylindrique,

- des parois du bord d’extrémité radiale extérieure et les ergots au contact dudit organe ont même rayon de courbure que ledit organe,

- le reste du passage détermine une deuxième sous-section jointive à la première sous-section et également ouverte entre les deux ergots,

- une surface de la deuxième sous-section est supérieure à celle de la première sous-section,

- un bord d’extrémité radiale intérieure de la deuxième sous-section a un rayon de courbure supérieur au rayon de courbure dudit organe,

- la section du passage a une forme de 8,

- chaque plaque comporte une série de lumières oblongues d’orientation radiale réparties angulairement de manière régulière autour de l’axe X,

- lesdites lumières sont configurées pour orienter radialement les lignes de flux magnétique dans ledit rotor,

- chaque passage est constitué d’une desdites lumières oblongues,

- les lumières oblongues formant passages d’organes alternent angulairement avec les lumières oblongues dépourvues d’organes,

- des ouvertures oblongues rectilignes d’orientation radiale réparties angulairement de manière régulière autour de l’axe X et formant passages d’organes générateurs de flux alternent angulairement avec les lumières oblongues,

- les organes générateurs de flux magnétique sont des aimants permanents ou des bobinages,

- les organes de fixation sont des rivets.

L’invention concerne aussi un rotor de machine électrique d’axe X comportant un empilement de plaques du type décrit précédemment.

Avantageusement, un rotor de machine électrique muni d’un tel empilement de plaques permet de garantir une grande fiabilité de fonctionnement de par l’immobilisation des organes de fixation et un rendement optimal de par la ou les fonctions offertes par les passages de grande section.

Selon une autre caractéristique du rotor, celui-ci comporte deux flasques d’extrémité agencés axialement de part et d’autre dudit empilement, lesdits flasques maintenant les plaques serrées dans l’empilement et étant fixés à des extrémités des organes de fixation axiaux.

L’invention concerne enfin une machine électrique comportant un rotor du type décrit précédemment.

Brève description des figures

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :

FIG. 1LaFIG. 1est une vue de côté d’un rotor de machine électrique connu de l’état de l’art ;

FIG. 2LaFIG. 2est une vue en perspective d’un flasque d’extrémité et des organes de fixation du rotor de machine électrique de l’état de l’art ;

FIG. 3LaFIG. 3est une vue en coupe transversale d’un premier mode de réalisation d’un empilement de plaques pour un rotor de machine électrique selon l’invention ;

FIG. 4LaFIG. 4est une vue en coupe transversale d’un second mode de réalisation d’un empilement de plaques pour un rotor de machine électrique selon l’invention.

Description détaillée de l'invention

On a représenté à laFIG. 1un rotor 10 de machine électrique selon l’invention. Le rotor de 10 machine électrique 10 et ses constituants seront décrits en référence aux directions du trièdre "X", "R", "T", ou "X" désigne la direction axiale, "R" désigne la direction transversale radiale et "T" désigne la direction transversale tangentielle.

Le rotor 10 est destiné à coopérer électromagnétiquement avec un stator d’une machine électrique (non représenté). Le rotor 10 est un rotor d’axe X comportant un corps formé d’un empilement 12 de plaques métalliques 14. Un tel rotor est constitué de l'empilement de plaques métalliques et permet de former un flux magnétique à l'intérieur tout en réduisant l'échauffement du circuit magnétique, cet échauffement étant causé par les pertes par courants de Foucault.. Les plaques sont liées en rotation à un axe 16 du rotor. Le rotor 10 comporte deux flasques 18 d’extrémité qui sont agencés axialement de part et d’autre de l’empilement 12. Les flasques 18 maintiennent les plaques 14 serrées selon l’axe X dans l’empilement 12 et elles sont fixées à des extrémités 20 d’organes de fixation axiaux 22 qui traversent les plaques 14. Sur laFIG. 1, les organes de fixation axiaux 22 qui ont été représentés sont des vis, dont les extrémités 20 opposées comportent des têtes de vis et des écrous, mais il sera compris que cette disposition n’est pas limitative de l’invention, et que les organes de fixation pourraient être autres que des vis, comme on le verra dans la suite de la présente description. Le rotor 10 est relié de manière fixe à un arbre de rotor 16 par frettage.

Comme l’illustre laFIG. 3, les organes de fixation axiaux 22 traversent des passages 24 pour ces organes qui sont formés dans les plaques 14.

Il peut survenir, comme l’illustrent les figures 3 et 4, qu’une section transversale des organes 22 présente une surface inférieure à une surface d’une section transversale des passages 24.

C’est notamment le cas lorsque les passages 24 n’ont pas pour seule fonction que de permettre le passage des organes 22, mais ont aussi une autre fonction, à commencer par une diminution de poids. En outre, les plaques 14 d’un empilement de plaques 12 d’un rotor 10 peuvent comporter une série de lumières oblongues d’orientation radiale réparties angulairement de manière régulière autour de l’axe X. Ces lumières sont notamment configurées pour que le matériau métallique restant autour de ces lumières permette d’orienter radialement les lignes de flux magnétique dans le rotor 10.

À ce titre, il sera compris que toute découpe supplémentaire pratiquée dans les plaques 14 peut modifier l'orientation des lignes de flux magnétique de manière non désirée. C’est pourquoi, de préférence, il est souhaitable que les organes de fixation axiaux 22 ne traversent pas de perçages spécifiques mais traversent les lumières oblongues 24, c’est-à-dire en d’autres termes qu’au moins une partie des lumières oblongues forme également les passages 24 pour les organes de fixation 22. Ceci permet d’éviter de modifier l’orientation des lignes de flux dans les plaques 14. Dans la suite de la description, on décrira les lumières et les passages sous la même référence 24, par simplification.

La forme des passages 24 s’inscrit ici dans une forme sensiblement allongée ovale qui est dictée par le respect de l’orientation radiale suivant la direction R des lignes de flux dans le rotor. De ce fait, elle ne peut être que faiblement modifiée afin de ne pas affecter les performances du rotor.

Sur laFIG. 3, les organes 22 sont globalement immobilisés suivant la direction radiale R, de l’intérieur vers l’extérieur par une partie radialement externe des passages.

A laFIG. 2, on a représenté des organes de fixation 22 réalisés sous la forme de rivets, initialement fixés à deux flasques d’extrémité 18 dans un rotor de l’état de l’art. Les rivets 22 sont pressés dans la direction axiale pendant le processus de rivetage, ce qui conduit à risque de cintrage des rivets. Le cintrage des rivets 22 au travers des passages 24 a conduit à une rupture d’une partie des extrémités 20 des organes de fixation 22 et à la séparation de l’un des deux flasques d’extrémité 18. Cette configuration n’est pas acceptable car elle est synonyme de destruction du rotor 10 et donc de la machine électrique qui en est équipée.

Pour remédier à cet inconvénient, l’invention propose des plaques 14 ayant des passages 24 aptes à maintenir les organes de fixation 22 dans ces passages 24.

A cet effet, comme l’illustrent les figures 3 et 4, la section de chaque passage 24 dans l’une au moins des plaques 14 est délimitée par un profil P qui est configuré pour immobiliser transversalement chaque organe 22 dans le passage 24. Cette configuration permet avantageusement, en maintenant les organes 22 dans les passages 24 de cette plaque 14, de limiter les risques d’un cintrage de ces organes 22 au travers des passages 24.

Plus particulièrement, comme l’illustrent les figures 3 et 4, le profil P de chaque passage 24 de la plaque 14 comporte en premier lieu un bord 26 d’extrémité radiale extérieure qui épouse une première partie 28 d’une surface externe de chaque organe 22. Ce bord 26 permet, comme cela a été décrit précédemment, d’immobiliser radialement les organes 22 suivant la direction R, de l’intérieur vers l’extérieur de la plaque 14.

Le profil P comporte en outre deux bords 30, 32 opposés intermédiaires. Au moins un des bords 30, 32 opposés intermédiaire comporte un ergot 34, 36 faisant saillie vers l’intérieur du passage 24. Cet ergot 34, 36 est apte à immobiliser une deuxième partie correspondante 38 de la surface externe de chaque organe 22. Cet ergot 34, 36 délimite une première sous-section 25 du passage P qui est ouverte entre l’ergot 34, 36 et le bord intermédiaire 32, 30 opposé, et qui reçoit l’intégralité de la section de l’organe 22.

Dans la pratique, chacun des bords 30, 32 opposés comporte un ergot respectif 32, 34 faisant saillie vers l’intérieur du passage 24, les ergots 32, 34 étant tangentiellement opposés. Les ergots 34, 36 immobilisent une deuxième partie correspondante 38 de la surface externe de chaque organe 22. Les ergots 34, 36 délimitent la première sous-section 25 du passage P qui est ouverte entre l’ergot 34, 36 et l’ergot 36, 34 opposé.

Dans ce cas, la deuxième partie correspondante 38 de la surface externe de chaque organe 22 comporte plus précisément deux sous–parties 38a, 38b qui sont sensiblement radialement opposées à la partie 28 de la surface externe de l’organe 22 associé au bord 26 d’extrémité radiale extérieure du passage 24. De la sorte, la coopération des ergots 34, 36 avec les deux sous-parties 38a, 38b permet d’immobiliser l’organe 22 suivant la direction radiale R de l’extérieur vers l’intérieur et également suivant la direction tangentielle T. De ce fait, l’organe 22 se retrouve immobilisé dans toutes les directions par le passage 24 de la plaque 14 et donc globalement dans toutes les directions transversales par rapport au rotor 10.

Comme on l’a vu, les organes 22 sont donc immobilisés par le profil particulier de tous les passages de la plaque 14. De préférence, la section de chaque passage 24 sera ainsi délimitée pour le profil P pour l’ensemble des plaques 14 du rotor 10, afin d’assurer un maintien des organes 22 suivant toute la longueur du rotor. Il est également possible d’envisager une alternance de plaques comportant des passages 24 munis de profils P et de plaques dépourvues de ce profil, sans limitation de l’invention.

Avantageusement, pour permettre au passage 24 de jouer son rôle précédemment décrit d’orientation des lignes de champ suivant la direction radiale, chaque passage 24 n’est pas refermé autour de l’organe 22.

Dans le mode de réalisation préféré de l’invention, chaque organe 22 est cylindrique. Comme on l’a vu précédemment en référence à laFIG. 1les organes 22 peuvent être des vis. Toutefois, de préférence, le rotor 10 comporte des flasques 18 d’extrémité et les organes 22 sont des rivets qui sont rivetés à leurs extrémités dans les flasques 18.

Avantageusement, des parois du bord 26 d’extrémité radiale extérieure et le ou les ergots 34, 36 au contact de l’organe 22 ont même rayon de courbure que l’organe 22.

Le reste du passage 24 détermine une deuxième sous-section 27 qui est jointive à la première sous-section 25 et qui est également ouverte entre un ergot 34, 36 et le bord opposé 32, 30 lorsque le passage 24 ne comporte qu’un ergot 34, 36, ou entre les deux ergots 34, 36 lorsqu’il en comporte deux. Ceci permet que le matériau métallique de la plaque 14 ne soit pas refermé entre l’ergot 34, 36 et le bord 32, 30 opposé lorsque le passage ne comporte qu’un ergot 34, 36, ou entre les ergots 34, 36 lorsque le passage 24 en comporte deux ce qui modifierait sensiblement l’orientation des lignes de flux.

Par ailleurs, pour conserver globalement une surface du passage 24 équivalent à celle du passage 24 dépourvu d’ergots 34, 36, une surface de la deuxième sous-section 27 est supérieure à celle de la première sous-section 25.

LaFIG. 3illustre un premier mode de réalisation de l’invention dans lequel seules les parties des ergots 34, 36 qui sont au contact de l’organe 22 ont même rayon de courbure que l’organe 22. Cette configuration permet de limiter au strict nécessaire la différence entre la section P du passage 24 selon l’invention et un passage 24 de forme ovale le plus optimal pour l’orientation des lignes de flux. Toutefois, la conformation du passage 24 selon cette forme nécessite l’utilisation d’un emporte-pièce de forme particulière ou d’un procédé de découpe complexe.

LaFIG. 4illustre un second mode de réalisation simplifié de l’invention dans lequel les première et deuxième sous-section sont sensiblement de forme circulaires ou ovales, ce qui permet d’en assurer la réalisation beaucoup plus simplement, que ce soit avec un emporte-pièce ou par un autre procédé de découpe. Dans ce cas particulier, un bord d’extrémité radiale intérieure 40 de la deuxième sous-section 27 a un rayon de courbure supérieur au rayon de courbure de l’organe 22. De ce fait, la section du passage 24 a une forme de 8.

Il n’est pas nécessaire que chaque lumière oblongue de la plaque 14 joue le rôle d’un passage d’organe 22, dans la mesure où un nombre limité d’organes 22 permet d’assurer le maintien des plaques 14 les unes avec les autres. Aussi, de préférence, comme l’illustrent les figures 3 et 4, les lumières oblongues 24 formant passages d’organes 22 alternent angulairement avec les lumières oblongues 24 dépourvues d’organes 22.

Bien entendu, cette configuration n’est pas limitative de l’invention, et une répartition angulaire différente des organes 22 autour de l’axe X des plaques 14 pourrait conduire à une configuration dans laquelle deux ou plusieurs lumières oblongues 24 dépourvues d’organes 22 alterneraient avec des lumières oblongues 24 formant passages d’organes 22.

Ici, les plaques 14 présentent en outre des ouvertures oblongues 42 rectilignes d’orientation radiale réparties angulairement de manière régulière autour de l’axe X afin de permettre le passage d’organes générateurs de flux (non représentés), tels que des bobinages ou des aimants.

Dans le mode de révélation préféré de l’invention, ces lumières 42 alternent angulairement avec les lumières oblongues 24.

L’invention permet donc de fiabiliser avantageusement un rotor de machine électrique comportant un empilage de plaques et ce, à moindre coût, puisqu’elle ne nécessite qu’une modification de la découpe des lumières oblongues 24 lors de la fabrication des plaques 14.

Claims

Empilement (12) axial d’axe X de plaques (14) métalliques pour un rotor (10) de machine électrique, ledit empilement comprenant en outre des organes de fixation (22) axiaux, lesdites plaques (14) étant immobilisées transversalement par rapport à l’axe X par l’intermédiaire desdits organes (22) de fixation traversant des passages (24) pour lesdits organes (24) formés dans lesdites plaques (14), une section transversale desdits organes (22) étant de surface inférieure à une surface d’une section transversale desdits passages (24), la section de chaque passage (24) dans l’une au moins des plaques étant délimitée par un profil (P) configuré pour immobiliser transversalement chaque organe (22) dans ledit passage (24), afin d’éviter un cintrage desdits organes (22) au travers desdits passages (24).
Empilement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la section de chaque passage (24) est délimitée pour ledit profil (P) pour l’ensemble des plaques (14)
Empilement (12) de plaques (14) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le profil (P) de chaque passage (24) comporte un bord (26) d’extrémité radiale extérieure épousant une première partie (28) d’une surface externe de chaque organe (22) et deux bords opposés intermédiaires (30, 32), au moins un desdits bords intermédiaires comportant un ergot (34, 36) faisant saillie vers l’intérieur du passage (24) et apte à immobiliser une deuxième partie (38, 38a, 38b) de la surface externe de chaque organe (22), le bord d’extrémité radiale extérieure (26) et ledit au moins un ergot (34, 36) délimitant une première sous-section (25) du passage (P) ouverte entre ledit au moins un ergot (34, 36) et le bord intermédiaire (30, 32) opposé.
Empilement (12) de plaques (14) selon la revendication précédente dans lequel chaque bord intermédiaire (30, 32) comporte un dit ergot (34, 36), lesdits ergots étant opposés tangentiellement l’un à l’autre.
Empilement (12) de plaques (14) selon la revendication précédente, dans lequel chaque organe (22) est cylindrique et dans lequel des parois du bord (26) d’extrémité radiale extérieure et les ergots (34, 36) au contact dudit organe (22) ont même rayon de courbure que ledit organe (22).
Empilement (12) de plaques (14) selon l’une quelconque des revendication 4 et 5, dans lequel le reste du passage (24) détermine une deuxième sous-section (27) jointive à la première sous-section (27) et également ouverte entre les deux ergots (34, 36), une surface de la deuxième sous-section (27) étant supérieure celle de la première sous-section (25).
Empilement (12) de plaques (14) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque plaque (24) comporte une série de lumières oblongues d’orientation radiale réparties angulairement de manière régulière autour de l’axe X, lesdites lumières étant configurées pour orienter radialement les lignes de flux magnétique dans ledit rotor (10), chaque passage (24) étant constitué d’une desdites lumières oblongues.
Empilement (12) de plaques (14) selon la revendication précédente dans lequel les lumières oblongues formant passages d’organes (22) alternent angulairement avec les lumières oblongues dépourvues d’organes (22).
Rotor (10) de machine électrique d’axe X comportant un empilement (12) de plaques (14) selon l’une quelconque des revendications précédentes et, éventuellement, deux flasques (18) d’extrémité agencés axialement de part et d’autre dudit empilement (12), lesdits flasques (18) maintenant les plaques (14) serrées dans l’empilement et étant fixés à des extrémités des organes (22) de fixation axiaux.
Machine électrique comportant un rotor (10) selon la revendication précédente.