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FR3162106A1 - Rotor de machine électrique et procede de fabrication d’un rotor de machine électrique - Google Patents

Rotor de machine électrique et procede de fabrication d’un rotor de machine électrique

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Publication number
FR3162106A1
FR3162106A1 FR2404837A FR2404837A FR3162106A1 FR 3162106 A1 FR3162106 A1 FR 3162106A1 FR 2404837 A FR2404837 A FR 2404837A FR 2404837 A FR2404837 A FR 2404837A FR 3162106 A1 FR3162106 A1 FR 3162106A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
rotor
electric machine
cylindrical body
longitudinal axis
external surface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
FR2404837A
Other languages
English (en)
Inventor
Sergi RIBA SANMARTI
Xavier LONGERE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Ventilation Systems SAS
Original Assignee
Safran Ventilation Systems SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Ventilation Systems SAS filed Critical Safran Ventilation Systems SAS
Priority to FR2404837A priority Critical patent/FR3162106A1/fr
Publication of FR3162106A1 publication Critical patent/FR3162106A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/02—Details of the magnetic circuit characterised by the magnetic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
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    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
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    • H02K17/168—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors having single-cage rotors
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Abstract

L’invention concerne un rotor (10) de machine électrique comprenant un corps cylindrique (12) monobloc présentant un axe longitudinal (C) et réalisé dans un premier matériau (M1) magnétique, présentant une surface radialement externe (14) et comprenant plusieurs encoches (16) réparties autour de l’axe longitudinal (C), chacune s’étendant suivant l’axe longitudinal (C) et débouchant sur la surface radialement externe (14) du corps cylindrique (12),caractérisé en ce que les encoches sont remplies par un deuxième matériau (M2), ledit deuxième matériau (M2) ayant une conductivité minimale de 10 S.m-1. L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un tel rotor de machine électrique. Figure pour l'abrégé : Figure 1

Description

ROTOR DE MACHINE ÉLECTRIQUE ET PROCEDE DE FABRICATION D’UN ROTOR DE MACHINE ÉLECTRIQUE
La présente invention concerne le domaine des machines électriques et plus particulièrement les rotors de machines asynchrones employées à des vitesses élevées. La présente invention concerne également un procédé de fabrication d’un tel rotor de machine électrique.
Face au défi environnemental dans de nombreux domaines et aux besoins de puissances électriques croissants concomitamment avec le nombre d’équipements et de nouvelles fonctions dans des véhicules, tels qu’un aéronef ou une automobile, la question de l’hybridation des moteurs se pose.
Un tel constat conduit à étudier des solutions d’architecture combinant l’énergie fossile du carburant et l’énergie électrique pour assurer l’entraînement du véhicule, telle que notamment une soufflante de turbomachine d’un aéronef, et l’alimentation de certaines fonctions-moteur et/ou du véhicule, notamment l’aéronef.
De telles solutions sont susceptibles de mettre en œuvre une machine électrique qui est un dispositif électromécanique basé sur l’électromagnétisme permettant notamment une conversion d’énergie électrique en énergie mécanique, en particulier dans un mode dit « moteur » ou la production de l’électricité à partir d’une énergie mécanique, en particulier dans un mode dit « générateur ».
La machine électrique peut se comporter en mode « générateur » et/ou en mode « moteur ».
Une augmentation des vitesses de rotation des machines électriques permet de réduire la puissance massique. Toutefois, elle révèle alors des limites mécaniques.
Des machines électriques asynchrones permettent de répondre à un tel besoin et comprennent chacune un stator et un rotor. Le rotor peut être bobiné, massif ou du type « à cage d’écureuil » comprenant une cage. Le stator présente un bobinage, notamment en cuivre, alimenté en courant électrique, apte à entraîner en rotation le rotor.
En particulier, les champs magnétiques dans le stator génèrent à leur tour des courants induits provoquant la rotation du rotor.
Le rotor massif est constitué d’un cylindre, notamment plein, compacte et réalisé dans un bloc massif, en particulier dans un matériau magnétique. Le matériau magnétique est typiquement de l’acier.
Les courants induits par le bobinage du stator circulent librement dans le rotor et génèrent un couple de la machine électrique.
Une telle configuration est robuste mécaniquement et permet d’atteindre des vitesses de rotation élevées.
Toutefois, les courants induits restent majoritairement dans une partie proche de la surface du rotor et le couple obtenu n’est pas maximal.
De plus, le matériau constitutif du rotor étant de l’acier, la résistivité électrique dans le rotor reste assez importante et génère des pertes significatives. Le rendement de telles machines électriques asynchrones avec un rotor massif reste faible.
En variante, le rotor massif peut comprendre des encoches disposées radialement sensiblement en forme de U ménagées dans le matériau du rotor et débouchant à la surface du rotor massif.
De telles encoches ont pour effet de faire pénétrer les courants induits dans le rotor en augmentant fortement les performances électromagnétiques de la machine électrique. De fait, par un effet de reluctance du circuit magnétique, le flux magnétique circule majoritairement à travers le matériau magnétique et non dans l’air présent dans des encoches.
Cependant, les encoches réduisent la tenue mécanique du rotor massif et génèrent des pertes aérauliques importantes à cause du brassage de l’air ; la surface du rotor massif n’étant pas lisse.
Alternativement, le rotor « à cage d’écureuil » présente de très bonnes performances électromagnétiques mais une résistance mécanique moindre aux vitesses élevées.
En effet, la cage, qui porte les courants induits, comprend notamment deux anneaux de court-circuit latéraux entre lesquels s’étendent des barres. Un corps du rotor, qui porte le champ magnétique, comprend une partie massive en matériau magnétique ou réalisée à partir d’un empilage de tôles magnétiques, dans laquelle sont réalisés plusieurs passages, en forme d’encoches, destinés à recevoir les barres de la cage.
Les anneaux de court-circuit sont placés respectivement en amont et en aval du corps du rotor et relient les barres.
Cependant, les différentes parties de la cage nécessitent différentes manipulations pour les assembler avec le corps du rotor et peuvent être mobiles entre elles.
Par ailleurs, la construction d’un tel rotor ne permet pas de résister aux forces centrifuges générées par une vitesse de rotation élevée du rotor. Le maintien des barres, notamment en cuivre, dans les encoches est complexe.
Il devient ainsi impossible d’obtenir des vitesses de rotation élevées sans que les barres aient tendance à se désolidariser du rotor.
En variante, les passages peuvent être fermés afin d’assurer un meilleur maintien. Toutefois, une telle configuration augmente fortement les inductances de fuite ayant pour conséquence un faible rendement de la machine électrique.
Ainsi, les solutions existantes ne sont pas satisfaisantes car les avantages présentés par ces solutions sur la tenue mécanique impliquent des contreparties sur les performances magnétiques. De plus, certains avantages s’acquièrent au prix de désavantages annexes comme des pertes supplémentaires ou des problèmes d’acoustique.
Il existe donc un besoin de résoudre tout ou partie des inconvénients précités.
L’objectif de la présente invention est ainsi de palier à au moins certains de ces inconvénients.
À cet effet, l’invention concerne un rotor de machine électrique comprenant un corps cylindrique monobloc présentant un axe longitudinal et réalisé dans un premier matériau magnétique, présentant une surface radialement externe et comprenant plusieurs encoches réparties autour de l’axe longitudinal, chacune s’étendant suivant l’axe longitudinal et débouchant sur la surface radialement externe du corps cylindrique.
Selon l’invention, les encoches sont remplies par un deuxième matériau, ledit deuxième matériau ayant une conductivité minimale de 10 S.m-1.
L’invention propose ainsi un rotor de machine électrique ne présentant pas de perturbations aérauliques dans l’entrefer et ayant une robustesse mécanique notamment à vitesses élevées, de manière simple et économique.
En effet, l’invention permet d’augmenter les performances mécaniques et électriques des moteurs à induction à vitesses élevées tout en garantissant de bonnes performances électromagnétiques, notamment une augmentation du couple, du rendement et du facteur de puissance.
L’invention permet ainsi d’améliorer les performances des moteurs équipés de tels rotors.
L’invention permet d’augmenter les vitesses périphériques maximales atteignables par rapport aux constructions classiques.
De plus, l’invention permet de supprimer les pertes aérauliques créées par l’irrégularité de la surface du rotor des rotors classiques.
Le rotor selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- le rotor de machine électrique comprend une couche surfacique recouvrant la surface radialement externe du corps cylindrique ;
- la couche surfacique présente une épaisseur inférieure ou égale à 10% du diamètre extérieur du corps ;
- le deuxième matériau est conducteur, notamment amagnétique ;
- le deuxième matériau est du cuivre, de l’aluminium, un alliage de cuivre ou un alliage de d’aluminium ;
- le premier matériau présente une perméabilité relative maximale d’au moins 500 ;
- le premier matériau est un acier ou un alliage d’acier ;
- le corps cylindrique recouvert de la couche surfacique présente une section transversale constante suivant l’axe longitudinal ;
- le corps cylindrique comporte deux portions extrêmales et une portion centrale arrangée entre les deux portions extrêmales, la portion centrale présentant un premier diamètre supérieur à un deuxième diamètre des portions extrêmales ;
- chaque encoche présente une section transversale partiellement circulaire ;
- chaque encoche débouche sur la surface radialement externe du corps cylindrique par une ouverture, les ouvertures présentent une surface totale comprise entre 10 % et 80 % de la surface radialement externe du corps du rotor, de préférence égale à 50 % de la surface radialement externe du corps du rotor ;
- chaque encoche présente une profondeur comprise entre 0 et 25% du diamètre extérieur du corps du rotor ;
- le rotor de machine électrique comporte au moins 5 encoches.
L’invention concerne également une machine électrique, notamment pour aéronef, présentant un axe longitudinal et comprenant un stator et un rotor selon l’invention et tel que décrit précédemment, le rotor étant placé à l’intérieur du stator et mobile en rotation autour de l’axe longitudinal.
L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un tel rotor de machine électrique selon l’invention et tel que décrit précédemment, comprenant au moins :
- une étape de réalisation, au cours de laquelle un corps cylindrique monobloc présentant un axe longitudinal est réalisé dans un premier matériau magnétique, le corps présentant une surface radialement externe et comprenant plusieurs encoches réparties autour de l’axe longitudinal, chacune s’étendant suivant l’axe longitudinal et débouchant sur la surface radialement externe du corps cylindrique, et
- une étape de comblement, au cours de laquelle chaque encoche est comblée par un deuxième matériau par un procédé de fabrication additive, ledit matériau ayant un conductivité minimale de 10 S.m-1.
Selon un mode de réalisation, le procédé de fabrication comprend en outre une étape de dépôt, au cours de laquelle une couche surfacique est réalisée couche par couche par un procédé de fabrication additive de manière à recouvrir la surface radialement externe du corps cylindrique, la couche surfacique étant réalisée à partir du deuxième matériau.
Ainsi, le procédé de fabrication selon l’invention permet d’atteindre l’objectif susmentionné. En particulier, la fabrication du rotor de machine électrique par un procédé de fabrication additive permet de lier le premier matériau, notamment magnétique, et le deuxième matériau, notamment amagnétique, de façon à assurer une liaison aussi résistante que si le rotor de machine électrique avait été construit avec un seul matériau.
Le rotor de machine électrique ainsi obtenu par le procédé de fabrication selon l’invention est adapté pour être entraîné en rotation à des vitesses élevées.
La présente invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description d’un exemple non limitatif qui suit, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- laFIG. 1, est une vue en demi-coupe axiale et locale d’un exemple de rotor de machine électrique bi-matériau selon l’invention ;
- laFIG. 2, représente une vue en demi-coupe radiale et locale du rotor de machine électrique selon laFIG. 1;
- laFIG. 3est un exemple d’ordinogramme d’un procédé de fabrication d’un rotor de machine électrique selon l’invention ;
- laFIG. 4illustre une des étapes du procédé de fabrication de laFIG. 3; et
- laFIG. 5illustre une autre étape du procédé de fabrication de laFIG. 3.
Les éléments ayant les mêmes fonctions dans les différentes mises en œuvre ont les mêmes références dans les figures.
Sur les figures, les échelles et les proportions ne sont pas strictement respectées et ce, à des fins d’illustration et de clarté.
LaFIG. 1est une vue en demi-coupe axiale et locale d’un exemple de rotor de machine électrique selon l’invention.
Le rotor de la machine électrique est apte à fonctionner à des vitesses de rotation élevées, telles que des vitesses de rotation d’au moins 40 000 tours par minute, notamment 200 000 tours par minute, en particulier dans le cadre de l’application d’un compresseur électrique embarqué. Bien entendu, un tel rotor de machine électrique peut être appliqué dans un autre domaine.
Selon l’exemple de réalisation de laFIG. 1, un rotor 10 de machine électrique selon l’invention comprend un corps cylindrique 12 monobloc d’axe longitudinal C et réalisé dans un premier matériau M1 magnétique.
Au sens de l’invention, le terme « monobloc » doit être entendu comme définissant une pièce réalisée en une seule pièce et/ou venue de matière, c’est-à-dire réalisé à partir d’une seule matière.
En outre, l’expression « matériau magnétique » doit être entendue comme définissant un matériau capable de produire un champ magnétique et/ou de réagir à la présence d'un champ magnétique extérieur, tel qu’un matériau ferromagnétique doux, pouvant présenter une perméabilité relative élevée.
Par exemple, et de préférence, le premier matériau M1 est un acier ou un alliage d’acier, notamment magnétique.
En particulier, un tel type d’acier présente une perméabilité magnétique relative maximale supérieure ou égale à 500, permettant d’optimiser le passage du flux magnétique au sein du corps cylindrique 12. Un tel acier présente également de bonnes propriétés mécaniques.
Le corps 12 présente globalement une forme de cylindre présentant un diamètre D1, préférentiellement mais non limitativement droit. En particulier, le corps cylindrique 12 s’étend entre une première extrémité 12A et une deuxième extrémité 12B suivant l’axe longitudinal C.
Le rotor 10 comporte en outre un arbre centré sur l’axe de révolution C arrangé pour entrainer en rotation le rotor 10.
L’arbre peut être rapporté sur le corps cylindrique 12. A cet effet, le corps cylindrique 12 comporte un évidement cylindrique centré sur l’axe de révolution C. L’arbre est alors logé dans l’évidement du corps cylindrique 12.
En variante, et de manière avantageuse, mais non limitative, le corps cylindrique 12 comprend un arbre 18 centré sur l’axe de révolution C et s’étendant en saillie respectivement depuis la première extrémité 12A et la deuxième extrémité 12B du corps cylindrique 12. L’arbre 18 permet l’entraînement en rotation du rotor 10 et le maintien de ce dernier dans des paliers, en particulier fixés sur un châssis ou carter de la machine électrique, permettant une liaison libre en rotation avec un stator de la machine électrique.
De manière avantageuse, le corps cylindrique 12 comporte deux portions extrêmales 12D et une portion centrale 12C arrangée entre les deux portions extrêmales 12D. La portion centrale 12C présente le diamètre D1 tandis que les portions extrêmales 12D présentent un deuxième diamètre D2 inférieur au diamètre D1 de la portion centrale 12C.
Le corps cylindrique 12 présente une surface radialement externe 14.
De plus, le corps cylindrique 12 comprend plusieurs encoches 16 réparties, notamment angulairement réparties, autour de l’axe longitudinal C.
De préférence, le corps cylindrique 12 comporte au moins 5 encoches.
Ces encoches 16 sont davantage visibles sur laFIG. 2qui est une vue en demi-coupe radiale et locale du rotor 10 de machine électrique selon le plan de coupe B-B de laFIG. 1.
Chaque encoche 16 s’étend suivant l’axe longitudinal C et débouche sur la surface radialement externe 14 du corps cylindrique 12.
Avantageusement, la répartition des encoches 16 est régulière, c’est-à-dire équirépartie.
Selon un mode particulier de réalisation, les encoches 16 traversent le corps cylindrique 12 de part et d’autre suivant l’axe de révolution C, sur la portion centrale 12C du corps cylindrique 12.
Les encoches 16 peuvent présenter, respectivement ou individuellement une section radiale sensiblement en forme de « U », de « V », de « C », ou encore hémisphérique.
De préférence, chaque encoche 16 présente une section transversale partiellement circulaire.
Avantageusement, chaque encoche 16 débouche sur la surface radialement externe 14 du corps cylindrique 12 par une ouverture 22. Par exemple, l’ensemble des ouvertures présente une surface totale comprise entre 10 % et 80 % de la surface radialement externe 14 du corps du rotor. De préférence l’ensemble des ouvertures présente une surface totale sensiblement égale à 50 % de la surface radialement externe 14 du corps du rotor.
De préférence, chaque encoche 16 présente une profondeur P comprise entre 0 et 25% du diamètre extérieur D1 du corps 12 du rotor. La profondeur P est la dimension de l’encoche selon une direction radiale depuis la surface externe 16 du corps cylindrique 12.
En outre, les encoches 16 sont avantageusement remplies par un deuxième matériau M2.
De préférence, le deuxième matériau M2 est conducteur, notamment amagnétique.
Dans la présente description, l’expression « matériau amagnétique » doit être entendue comme définissant un matériau qui ne présente aucune interaction ou une interaction très faible avec les champs magnétiques. Un matériau amagnétique n'est ni attractif ni répulsif magnétiquement, pouvant présenter une perméabilité relative presque unitaire. Un tel matériau amagnétique est généralement considéré comme un matériau ne perturbant pas ou très faiblement un champ magnétique externe. Il a donc un comportement magnétique proche de celui de l’air.
Le deuxième matériau M2 présente une conductivité minimale de 10 S.m-1.
Par exemple, le deuxième matériau M2 est du cuivre ou de l’aluminium ou un alliage de cuivre ou un alliage d’aluminium.
Le deuxième matériau M2 est relié solidement aux parois des encoches 16 qui en sont remplies, afin d’assurer un assemblage robuste, résistant et ferme. Ainsi agencé, le deuxième matériau M2 est solidaire des encoches 16.
C’est le procédé de fabrication du rotor tel que décrit par la suite, notamment par projection de matière à froid ou en fusion, qui garantit la bonne accroche entre le premier matériau M1 et le deuxième matériau M2 projeté.
Selon l’exemple illustré sur les figures 1 et 2, le rotor 10 peut comporter avantageusement une couche surfacique 20 recouvrant la surface radialement externe 14 du corps cylindrique 12.
Cette couche surfacique 20 est réalisée dans le deuxième matériau M2.
La couche surfacique 20 présente une épaisseur E globalement constante.
De préférence, la couche surfacique 20 présente une épaisseur E inférieure ou égale à 10 % du diamètre extérieur D1 du corps 12 du rotor.
Dans un tel agencement, un courant électrique peut circuler librement entre le premier matériau M1, notamment magnétique, et le deuxième matériau M2, notamment amagnétique.
En particulier, le deuxième matériau M2 présente une très faible résistivité électrique pour réduire les pertes par effet Joule par circulation du courant. Par exemple, le deuxième matériau M2 présente notamment une valeur de conductivité supérieure ou égale à 10 S.m-1.
Selon l’exemple de réalisation présenté aux figures 1 et 2, le rotor 10 selon l’invention comprend une alternance de portions du premier matériau M1, constituées par des parties saillantes ou dents du corps cylindrique 12, et du deuxième matériau M2, constituées par les encoches 16 remplies du deuxième matériau M2, disposées autour de l’axe de révolution A.
La surface périphérique externe du rotor 10 est formée par la couche surfacique 20 donc lisse. Avec une telle surface lisse et constante, les pertes aérauliques sont négligeables.
Cet agencement de rotor permet de réduire sensiblement les pertes par effet Joule et de créer des chemins de faible reluctance magnétique où le flux peut circuler (les dents dans le premier matériau M1) et des chemins à faible résistivité pour le courant électrique (les encoches remplies du deuxième matériau M2). Les performances électromagnétiques globales en sont fortement améliorées.
De manière avantageuse, le corps cylindrique 12 lorsqu’il est recouvert de la couche surfacique 20, présente une section transversale constante suivant l’axe longitudinal A de la première extrémité 12A à la deuxième extrémité 12B du corps cylindrique 12. En d’autres termes, le rotor 10 présente un diamètre extérieur constant le long de l’axe longitudinal C de la première extrémité 12A à la deuxième extrémité 12B du corps cylindrique 12.
Par conséquent, le rotor 10 comprend au droit de chaque portion extrêmale 12D, une zone 24 également formée du deuxième matériau M2 formant un anneau de court-circuit. Ainsi, l’épaisseur du deuxième matériau M2 au droit de chaque portion extrêmale 12D est bien supérieure à l’épaisseur du deuxième matériau M2 au droit de la portion centrale 12C. Ces anneaux de court-circuit 24 permettent la circulation du courant dans le deuxième matériau M2 remplissant des encoches 16 en réalisant un circuit en boucle fermée.
L’invention concerne également une machine électrique, notamment pour aéronef, présentant un axe longitudinal et comprenant un stator et un rotor placé à l’intérieur du stator et mobile en rotation autour de l’axe longitudinal. Le rotor de la machine électrique est un rotor selon l’invention et tel que décrit précédemment.
La machine électrique est, en particulier, une machine asynchrone ou une machine à induction.
Le stator présente un bobinage alimenté par un courant électrique et apte à entrainer la rotation du rotor par des courants induits le parcourant. Avantageusement, la machine électrique peut fonctionner en mode « moteur » ou en mode « générateur ».
La machine électrique est destinée à être montée, de manière avantageuse, mais non limitativement, dans un compresseur électrique d’un véhicule ou dans une turbomachine d’aéronef.
LaFIG. 3est un exemple d’ordinogramme d’un procédé de fabrication d’un rotor de machine électrique selon l’invention.
Un exemple de procédé de fabrication 100 d’un rotor 10 de machine électrique tel que celui des figures 1 et 2 est décrit en détails ci-après en relation avec l’ordinogramme de laFIG. 3.
Selon un premier mode de réalisation de l’invention, le procédé de fabrication 100 comprend au moins une étape de réalisation 110, au cours de laquelle le corps cylindrique 12 est formé.
A l’issue de l’étape de formation 110, le corps cylindrique 12 est monobloc, c’est-à-dire d’une seule pièce et/ou venue de matière, d’axe de révolution C.
Le procédé de fabrication 100 est, avantageusement, un procédé de fabrication additive ou fusion sélective de poudre consistant à réaliser des pièces complexes en trois dimensions en fusionnant des couches de poudre.
Diverses techniques de fabrication additive sont envisageables. Dans la présente invention, la fabrication additive peut être sélectionnée dans le groupe comprenant :
  • la fusion sélective par laser, également désignée par l’acronyme « SLM » pour « Selective Laser Melting » en anglais,
  • la fusion par faisceau d’électrons, également désignée par l’acronyme « EBM » pour « Electron Beam Melting » en anglais,
  • la construction laser additive directe, également désignée par l’acronyme « CLAD » pour «Construction Laser Additive Direct» en anglais,
  • la fabrication additive par faisceau d'électrons, également désignée par l’acronyme « EBAM » pour «Electron Beam Additive Manufacturing» en anglais,
  • la dépose métallique laser, également désignée par l’acronyme « LMD » pour «Laser Metal Deposition» en anglais,
  • le procédé par jet de liant, également désigné par les termes «Binder Jetting» en anglais, ou
  • le frittage sélectif par laser, également désigné par l’acronyme « SLS » pour «Selective Laser Sintering» en anglais.
  • la fabrication additive par projection latérale à haute vitesse et basse température appelée « cold spray » en anglais,
  • la projection de matière en fusion également désignée par l’acronyme « HVOF » pour «High-Velocity Oxygen Fuel »en anglais,
  • la projection de matière en fusion également désignée par l’acronyme « HVAF » pour «High-Velocity Air Fuel »en anglais,
  • la fabrication additive de type Arc-fil également appelée selon l’acronyme « WAAM » pour «Wire Arc Additive Manufacturing» en anglais.
De manière avantageuse, mais non limitativement, le procédé de fabrication 100 est réalisé par une installation de fabrication additive, non représentée.
Une telle installation de fabrication additive comprend, par exemple, au moins un premier réservoir d’alimentation contenant une première poudre, notamment le premier matériau M1, et au moins un organe de dépôt de la première poudre du premier réservoir d’alimentation sur un support de fabrication.
Lors de l’étape de réalisation 110 du rotor de machine électrique, des couches d’une première poudre sont étalées successivement sur le support de fabrication de l’installation de fabrication additive.
Chaque couche de première poudre du premier matériau M1, notamment magnétique, est balayée par un élément de génération d’énergie, tel qu’un laser, faisant fondre la première poudre constituant la couche de manière à former une portion solidifiée du rotor 10 qui sera recouverte par une autre couche de première poudre du premier matériau M1.
Le support de fabrication se déplace dans une enceinte de fabrication au fur et à mesure de la formation du rotor 10.
Le corps cylindrique 12 est ainsi formé couche par couche, au moyen d’un procédé de fabrication additive à partir du premier matériau M1, en particulier sous forme de poudre.
Comme précédemment énoncé, le corps cylindrique 12 est réalisé de manière à comprendre des encoches 16 s’étendant suivant des directions parallèles à l’axe de longitudinal C, qui sont réparties autour de l’axe longitudinal C et qui débouchent sur la surface radialement externe 14 du corps cylindrique 12.
Lors de l’étape de formation 110, les encoches 16 sont formées simultanément dans les couches de poudre du premier matériau M1.
Les couches successives du premier matériau M1 sont disposées suivant une direction de fabrication. La direction de fabrication est avantageusement parallèle à l’axe longitudinal C. Alternativement, la direction de fabrication peut être perpendiculaire à l’axe longitudinal C. De manière générale, la direction de fabrication peut être orienté selon un angle d’inclinaison, non nul et différent de 90°, avec l’axe longitudinal C.
Le procédé de fabrication 100 comprend une étape de comblement 120, au cours de laquelle des encoches 16 sont comblées, couche par couche, au moyen du procédé de fabrication additive à partir du deuxième matériau M2, notamment amagnétique, en particulier sous forme de poudre.
Dans ce cadre, l’installation de fabrication additive comprend un deuxième réservoir destiné à contenir la poudre du deuxième matériau M2, notamment amagnétique. La poudre du deuxième matériau M2 est appliquée, notamment de manière avantageuse, par un autre organe de dépôt relié au deuxième réservoir d’alimentation de la poudre du deuxième matériau M2. L’autre organe de dépôt peut être une buse 30 projetant le deuxième matériau M2 dans les encoches telle qu’illustrée sur laFIG. 4.
De manière alternative, le premier matériau M1, notamment magnétique, et le deuxième matériau M2, notamment amagnétique, sont appliqués par le même organe de dépôt.
Le deuxième matériau M2 remplit complètement les encoches 16 et provoque la pénétration du flux magnétique dans le corps cylindrique 12.
Avantageusement, les étapes de remplissage des encoches 120 et de réalisation 110 du corps cylindrique 12 peuvent être simultanées.
Avantageusement, durant cette étape, les anneaux de court-circuit 24 sont également formés au droit de chaque portion extrêmale 12D, à partir du deuxième matériau M2, couche par couche, au moyen du procédé de fabrication additive.
Lorsque le rotor comporte une couche surfacique 20 recouvrant le corps cylindrique 12, le procédé de fabrication 100 comprend une étape de dépôt 130, au cours de laquelle la couche surfacique 20 est réalisée couche par couche au moyen du procédé de fabrication additive de manière à recouvrir la surface radialement externe 14 du corps cylindrique 12 à partir du deuxième matériau M2. Le résultat de cette étape est illustré sur laFIG. 5.
De la sorte, le procédé de fabrication 100 par fabrication additive permet d’obtenir un rotor 10, massif, monobloc et compact, constitué du premier matériau M1, ayant pour but de guider le flux magnétique au sein de corps cylindrique 12 et d’apporter de la robustesse mécanique, et du deuxième matériau M2, dans lequel le flux magnétique ne se propage pas.
Le deuxième matériau M2 a pour but d’apporter une très bonne conductivité électrique. Avec une telle construction, le rotor 10 peut être entrainé à haute vitesse.
Les encoches remplies du deuxième matériau M2 agissent en fonctionnement comme les barres d’une cage d’écureuil. La forme des encoches telle que précisée ci-avant permet d’atteindre toute la surface intérieure des encoches et donc d’assurer le complet remplissage des encoches avec le deuxième matériau M2 et en garantir le niveau d’accroche nécessaire entre les différents matériaux du corps cylindrique 12 et celui projeté (deuxième matériau M2).
Avec cette construction, les courants induits au rotor vont circuler dans le deuxième matériau M2 des encoches et non dans le premier matériau M1, réduisant très sensiblement les pertes par effet Joule, à cause de la plus faible résistivité du deuxième matériau M2 par rapport à celle du premier matériau M1. Les courants dans les encoches en deuxième matériau M2 se referment dans les anneaux de court-circuit qui seront également fabriqués par projection du deuxième matériau M2 sur le support en premier matériau M1 de l’arbre, et ce, à chaque extrémité du rotor.
Selon un second mode de réalisation de l’invention, le procédé de fabrication diffère de celui selon le premier mode de réalisation et tel que décrit précédemment, en ce que l’étape de réalisation 110, au cours de laquelle le corps cylindrique 12 est formé, n’est pas une étape réalisée par fabrication additive. Au cours de cette étape, le corps cylindrique 12 est réalisé par usinage.
Puis, l’étape de comblement 120, au cours de laquelle les encoches 16 sont comblées, peut être réalisée par un procédé de fabrication additive tel que décrit précédemment ou par procédé de projection latérale du matériau M2 à haute vitesse en état solide dit « cold spray » ou par un procédé de projection de matière en fusion du type HVOF/HVAF selon les acronymes anglais «High-Velocity Oxygen Fuel/ High-Velocity Air Fuel», ou arc fil également connu sous l’acronyme anglais WAAM pour «Wire Arc Additive Manufacturing».
Dans le cas d’un procédé par fabrication additive, celui-ci est de préférence réalisée par une technique appelée HVOF/HVAF qui produit un flux de matière fondue qui est projeté à grande vitesse vers la surface de dépôt. La poudre fond partiellement à l’intérieur du flux puis se dépose sur le substrat. Le revêtement résultant a une force d’adhérence exceptionnelle et une porosité très faible. Ainsi, cette technique permet d’éviter les défauts présents dans le procédé classique du brasage, à savoir des coulures et des porosités. De plus, cette technique permet un rendement très important et d’atteindre des épaisseurs importantes de déport, très adaptées à l’application courante.

Claims (11)

  1. Rotor (10) de machine électrique comprenant un corps cylindrique (12) monobloc présentant un axe longitudinal (C) et réalisé dans un premier matériau (M1) magnétique, présentant une surface radialement externe (14) et comprenant plusieurs encoches (16) réparties autour de l’axe longitudinal (C), chacune s’étendant suivant l’axe longitudinal (C) et débouchant sur la surface radialement externe (14) du corps cylindrique (12),
    caractérisé en ce que les encoches sont remplies par un deuxième matériau (M2), ledit deuxième matériau (M2) ayant une conductivité minimale de 10 S.m-1.
  2. Rotor (10) de machine électrique selon la revendication 1, comprenant une couche surfacique (20) recouvrant la surface radialement externe (14) du corps cylindrique (12).
  3. Rotor (10) de machine électrique selon la revendication 2, dans lequel la couche surfacique (20) présente une épaisseur inférieure ou égale à 10% du diamètre extérieur du corps (12).
  4. Rotor (10) de machine électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le deuxième matériau (M2) est du cuivre, de l’aluminium, un alliage de cuivre ou un alliage de d’aluminium.
  5. Rotor (10) de machine électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier matériau (M1) est un acier ou un alliage d’acier.
  6. Rotor (10) de machine électrique selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel le corps cylindrique (12) recouvert de la couche surfacique (20) présente une section transversale constante suivant l’axe longitudinal (A).
  7. Rotor (10) de machine électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le corps cylindrique (12) comporte deux portions extrêmales (12D) et une portion centrale (12C) arrangée entre les deux portions extrêmales, la portion centrale présentant un premier diamètre (D1) supérieur à un deuxième diamètre (D2) des portions extrêmales.
  8. Rotor (10) de machine électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque encoche (16) présente une section transversale partiellement circulaire.
  9. Machine électrique, notamment pour aéronef, présentant un axe longitudinal et comprenant un stator et un rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, le rotor étant placé à l’intérieur du stator et mobile en rotation autour de l’axe longitudinal.
  10. Procédé de fabrication (100) d’un rotor (10) de machine électrique, comprenant au moins :
    - une étape de réalisation (110), au cours de laquelle un corps cylindrique (12) monobloc présentant un axe longitudinal (C) est réalisé dans un premier matériau (M1) magnétique, le corps cylindrique présentant une surface radialement externe (14) et comprenant plusieurs encoches (16) réparties autour de l’axe longitudinal (C), chacune s’étendant suivant l’axe longitudinal (C) et débouchant sur la surface radialement externe (14) du corps cylindrique (12), et
    - une étape de comblement (120), au cours de laquelle chaque encoche (16) est comblée par un deuxième matériau (M2) par un procédé de fabrication additive, ledit matériau (M2) ayant un conductivité minimale de 10 S.m-1.
  11. Procédé de fabrication (100) selon la revendication précédente, comprenant une étape de dépôt (130), au cours de laquelle une couche surfacique (20) est réalisée couche par couche par un procédé de fabrication additive de manière à recouvrir la surface radialement externe (14) du corps cylindrique (12), la couche surfacique (20) étant réalisée à partir du deuxième matériau (M2).
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11299144A (ja) * 1998-04-06 1999-10-29 Shinko Electric Co Ltd 高速回転機の回転子構造と溝の加工方法
JP2001211615A (ja) * 2000-01-24 2001-08-03 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 高速回転用かご形誘導電動機の回転子製造方法
US20130062987A1 (en) * 2010-05-25 2013-03-14 Martin Biesenbach Cage rotor for an asynchronous machine and method for producing the cage rotor
WO2013127717A1 (fr) * 2012-02-28 2013-09-06 Alfred Jaeger Gmbh Induit à cage d'écureuil pour micromoteur et son procédé de fabrication
EP3179613A1 (fr) * 2015-12-08 2017-06-14 Rolls-Royce plc Rotor de moteur électrique à induction et son procédé de fabrication
FR3127086A1 (fr) * 2021-09-14 2023-03-17 Safran Helicopter Engines Rotor de moteur électrique

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11299144A (ja) * 1998-04-06 1999-10-29 Shinko Electric Co Ltd 高速回転機の回転子構造と溝の加工方法
JP2001211615A (ja) * 2000-01-24 2001-08-03 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 高速回転用かご形誘導電動機の回転子製造方法
US20130062987A1 (en) * 2010-05-25 2013-03-14 Martin Biesenbach Cage rotor for an asynchronous machine and method for producing the cage rotor
WO2013127717A1 (fr) * 2012-02-28 2013-09-06 Alfred Jaeger Gmbh Induit à cage d'écureuil pour micromoteur et son procédé de fabrication
EP3179613A1 (fr) * 2015-12-08 2017-06-14 Rolls-Royce plc Rotor de moteur électrique à induction et son procédé de fabrication
FR3127086A1 (fr) * 2021-09-14 2023-03-17 Safran Helicopter Engines Rotor de moteur électrique

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