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WO2021123612A1 - Rotor de machine electrique tournante - Google Patents

Rotor de machine electrique tournante Download PDF

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Publication number
WO2021123612A1
WO2021123612A1 PCT/FR2020/052457 FR2020052457W WO2021123612A1 WO 2021123612 A1 WO2021123612 A1 WO 2021123612A1 FR 2020052457 W FR2020052457 W FR 2020052457W WO 2021123612 A1 WO2021123612 A1 WO 2021123612A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pole
plates
hub
rotor
sheets
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.)
Ceased
Application number
PCT/FR2020/052457
Other languages
English (en)
Inventor
Samuel KOECHLIN
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.)
Nidec PSA Emotors SAS
Original Assignee
Nidec PSA Emotors 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 Nidec PSA Emotors SAS filed Critical Nidec PSA Emotors SAS
Publication of WO2021123612A1 publication Critical patent/WO2021123612A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/24—Rotor cores with salient poles ; Variable reluctance rotors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/15—Sectional machines

Definitions

  • the present invention relates to the field of rotating electrical machines and more particularly the rotors of such machines.
  • the invention relates in particular to the manufacture of the rotor mass of the rotor, and in particular to rotors with salient poles.
  • the invention relates more particularly to synchronous or asynchronous machines with alternating current. It relates in particular to traction or propulsion machines for electric motor vehicles (Battery Electric Vehicle) and / or hybrids (Hybrid Electric Vehicle - Plug-in Hybrid Electric Vehicle), such as passenger cars, vans, trucks or buses.
  • the invention also applies to rotating electrical machines for industrial and / or energy production applications, in particular naval, aeronautical or wind turbines.
  • Some salient pole rotors are one piece, with both the shaft, the hub, and the poles being one piece. Others are in two parts, with a shaft inserted into a rotor mass, which can be formed from a stack of ro toric sheets.
  • Still others are made up of an assembly of the shaft, the hub and so-called inset poles.
  • the attached poles can be screwed onto the hub, in this case with solid poles, or fixed to the latter for example by a dovetail assembly, such as for example in patent application EP 1 249 919.
  • a dovetail assembly such as for example in patent application EP 1 249 919.
  • such an axial mounting of the pole on the hub necessarily implies a certain radial play, and therefore the presence of a parasitic air gap.
  • Patent application EP 2 626 975 discloses a rotor comprising pole parts formed of a stack of first sheets connected to each other by a central annular portion, and arranged between second sheets comprising a slot to be fixed to parts of central bases.
  • the pole parts also include first sheets interconnected by a central annular part, and arranged between second free sheets.
  • a rotor of a rotating electrical machine comprises first packs of floating sheets and second packs of sheets ensuring the mechanical cohesion of the rotor. Rods are introduced through the sheets to ensure the assembly is held.
  • the number of sheets of the second packages is relatively small compared to the number of sheets of the first packages, so that the rods are not held by the sheets of the second packages over a large part of their length.
  • Such a machine is not suitable for running at high speeds.
  • the invention aims to meet this need and it achieves this, according to one of its aspects, by means of an electric machine rotor, the rotor comprising a rotor mass comprising:
  • a hub formed by a stack of hub plates, the pole plates and the hub plates being, in at least one longitudinal section of the rotor mass of the rotor, arranged alternately with each other, at least one pole plate succeeding a hub plate when moving along a longitudinal axis parallel to an axis of rotation X of the machine.
  • Adhesion can be achieved by simple friction, or by gluing, or by any other means of adhesion plane on plane.
  • the pole parts are formed by the stacking of pole plates.
  • the pole plates are distinct from the hub plates.
  • the pole plates are not integral with the hub plates. Thanks to the invention, the mechanical and magnetic cooperation between the pole plates and the hub plates is improved, and therefore the torque transmission between the rotor mass and the hub, which is particularly advantageous with a rotor with added poles. Radial play is avoided between the pole pieces and the hub, so that the stability of the assembly is improved. A parasitic radial air gap is also avoided, which makes it possible to improve the electromagnetic performance of the rotor and of the electric machine comprising it.
  • the implementation of the invention avoids the need for very precise sizing and high precision machining. The cost is therefore reduced. Judicious sizing ensures torque transmission while limiting the assembly effort.
  • At least one pole plate and at least one hub plate can be configured so as to allow their tangential cooperation.
  • each pole plate and each hub plate can be configured so as to allow their tangential cooperation.
  • tangential cooperation of two sheets is meant that the sheets which cooperate tangentially each have a face in contact with the face of the other sheet, so as to allow a maintenance by adhesion between them when they are tightened one. against each other.
  • the stack of sheets of the rotor mass has no parasitic air gap, once the sheets have been tightened. We can have perfect contact between the different plates, pole plates and hub plates. The solidity of the mechanical connection between the hub and the rotor mass is also promoted.
  • the stack of pole plates of at least one pole part may have first pole plates and second pole plates, differing in shape.
  • the first pole plates are configured so as to allow their tangential cooperation with the first portions of the hub plates.
  • at least a first polar sheet may include a cooperation portion.
  • the first polar sheets can all include a cooperation portion.
  • the cooperation portion may include at least one, or even two non-radial edges. It may for example be triangular in shape.
  • the first pole plates may have a shape adapted to cooperate radially with second portions of the hub plates described below.
  • the second pole plates may have a shape adapted to cooperate radially with the first portions of the hub plates. To this end, they may in particular include a recess. This obviously can include at least one, or even two non-radial edges. It may for example be triangular in shape.
  • the first pole plates and the second pole plates may be arranged alternately with each other or in groups of first pole plates and a group of second pole plates being arranged alternately with each other.
  • the stack of hub plates may include first portions of hub plates and second portions of hub plates, differing in shape.
  • the first portions of the hub plates are configured so as to allow their tangential cooperation with the first pole plates.
  • at least a first portion of the hub plate may include a cooperation portion.
  • the first portions of the hub plates can all include a cooperation portion.
  • the cooperation portion may include at least one, or even two non-radial edges. It may for example be triangular in shape.
  • the first portions of the hub plates may have a shape adapted to cooperate radially with the second pole plates.
  • the second portions of the hub plates may have a shape adapted to cooperate radially with the first pole plates. To this end, they may in particular include a recess. This obviously can include at least one, or even two non-radial edges. It may for example be triangular in shape.
  • the first hub plate portions and the second hub plate portions may be arranged alternately with each other or in groups of first hub plate portions and as a group of second hub plate portions being arranged in a row. alternating with each other.
  • the rotor may include tie rods for clamping the plates, in particular pole plates and hub plates. Said tie rods can in particular be inserted into orifices formed in the cooperation portions of the plates, in particular of the pole plates and of the hub plates.
  • the tie rods can be tightened with sufficient pressure, for example greater than 5 kN, better still greater than 10 kN, being for example of the order of 26 kN.
  • the tension in the tie rods must be chosen according to the number of cooperation zones tangential, the coefficient of friction between cooperation zones and the pulling force of the required pole part, which can be deduced from the centrifugal force. When the tie rods are tight, for example screwed, the rotor has a very good stability.
  • the sheets are served beyond what would only be necessary to hold the sheets together with an obstacle bond.
  • the rotor comprises tie rods for clamping the plates, in particular the first pole plates and the first portions of the hub plates.
  • Said tie rods can in particular be inserted into orifices formed in the cooperation portions of the first pole plates and in the cooperation portions of the first portions of the hub sheets.
  • the rotor may have hollow tie rods, which can be used to circulate a cooling fluid axially in the poles of the rotor, for example a coolant such as oil, to aid in the cooling of the rotor.
  • a cooling fluid axially in the poles of the rotor, for example a coolant such as oil, to aid in the cooling of the rotor.
  • the rotor mass can be arranged around a shaft disposed on the axis of rotation X of the machine.
  • the rotor mass, including its hub, and the shaft are configured to cooperate so as to allow the transmission of torque between the rotor mass and the shaft.
  • the rotor can be wound, comprising coils arranged on each of the pole parts of the rotor.
  • it may be a rotor comprising permanent magnets, in particular with surface or buried magnets.
  • the rotor can be in flux concentration. It can include one or more layers of magnets arranged in I, U or V.
  • the housing of the permanent magnets can be made entirely by cutting in the sheets. Each sheet of the stack of sheets can be made in one piece.
  • it may be a squirrel cage rotor, or a variable reluctance rotor.
  • the number of poles P at the rotor is for example between 4 and 48, being for example 4, 6, 8, 10 or 12.
  • the diameter of the rotor may be less than 400 mm, better still less than 300 mm, and greater than 50 mm, better still greater than 70 mm, being for example between 100 and 200 mm.
  • the pole and hub plates are magnetic.
  • Each sheet is, for example, cut from a sheet of magnetic steel or containing magnetic steel, for example steel 0.1 to 1.5 mm thick.
  • the sheets can be coated with an electrically insulating varnish on their opposite sides before they are assembled in the stack. Electrical insulation can also be obtained by heat treatment of the sheets, if necessary.
  • the shaft can be made of a magnetic material, which advantageously reduces the risk of saturation in the rotor mass and improves the electromagnetic performance of the rotor.
  • the rotor comprises a non-magnetic shaft on which the rotor mass is placed.
  • the shaft can be made at least in part from a material from the following list, which is not limiting: steel, stainless steel, titanium or any other non-magnetic material.
  • the rotor mass can in one embodiment be arranged directly on the non-magnetic shaft, for example without an intermediate rim.
  • the rotor may include a rim surrounding the shaft of the rotor and coming to bear on the latter.
  • the rotor mass may have one or more holes to lighten the rotor, allow its balancing or for the assembly of the rotor plates constituting it. Holes can allow the passage of tie rods now integral with each other the sheets.
  • the sheets can be cut in a tool one after the other. They can be stacked and clipped or glued into the tool, in complete packages or sub-packages. The sheets can be snapped onto each other. Alternatively, the sheet bundle can be stacked and welded outside the tool.
  • the rotor may or may not be cantilevered relative to the bearings used to guide the shaft.
  • the rotor can be produced in several sections aligned in the axial direction, for example at least two sections. Each of the sections can be angularly offset with respect to the adjacent pieces (“step skew” in English).
  • Machine and stator
  • Another subject of the invention is a rotating electrical machine, comprising a rotor as defined above.
  • the machine can be used as a motor or as a generator.
  • the machine can be reluctance. It can constitute a synchronous motor or as a variant a synchronous generator. As a further variant, it constitutes an asynchronous machine.
  • the maximum speed of rotation of the machine can be high, being for example greater than 10,000 rpm, better still greater than 12,000 rpm, being for example of the order of 14,000 rpm at 15,000 rpm or even 20,000 rpm or 25,000 rpm.
  • the maximum speed of rotation of the machine may be less than 100,000 rpm, or even 60,000 rpm, or even less than 40,000 rpm, better still less than 30,000 rpm.
  • the machine may have a single inner rotor or, alternatively, an inner rotor and an outer rotor, arranged radially on either side of the stator and coupled in rotation.
  • the machine can be inserted alone in a housing or inserted in a gearbox housing. In this case, it is inserted in a housing which also houses a gearbox.
  • the machine has a stator.
  • the latter comprises teeth defining notches between them.
  • the stator may comprise electrical conductors, at least some of the electrical conductors, or even a majority of the electrical conductors, possibly being in the shape of a U or I pin.
  • the notches can be at least partially closed.
  • a partially closed notch makes it possible to provide an opening at the level of the air gap, which can be used, for example, to place the electrical conductors for filling the notch.
  • a partially closed notch is in particular formed between two teeth which each have pole shoes at their free end, which close the notch at least in part.
  • the notches can be completely closed.
  • “fully closed notch” is meant notches which are not open radially towards the air gap.
  • At least one notch, or even each notch can be continuously closed on the side of the air gap by a bridge of material formed in one piece with the teeth defining the notch. All notches can be closed on the side of the air gap by material bridges closing the notches. The bridges of material may have come in one piece with the teeth defining the notch. The stator mass is then devoid of any cutout between the teeth and the bridges of material closing the notches, and the notches are then continuously closed on the side of the air gap by the bridges of material coming in one piece with the teeth defining the notch.
  • the notches can also be closed on the side opposite the air gap by an attached cylinder head or integrally with the teeth. The notches are then not open radially outwards.
  • the stator mass may be without a cutout between the teeth and the cylinder head.
  • each of the notches has a continuously closed contour.
  • continuously closed is meant that the notches have a continuous closed contour when viewed in cross section, taken perpendicular to the axis of rotation of the machine. You can go all the way around the notch without encountering a cutout in the stator mass.
  • the stator mass can be produced by stacking magnetic sheets, the notches being formed by cutting the sheets.
  • the stator mass can alternatively be produced by cutting from a mass of sintered or agglomerated magnetic powder. The closing of the notches on the side of the air gap is obtained by bridges of material coming in one piece with the rest of the sheets or the block forming the stator mass.
  • the stator may not be fitted with attached magnetic wedges for closing the notches. This eliminates the risk of accidental detachment of these wedges.
  • the stator may include coils distributed in a distributed manner in the notches, in particular having electrical conductors arranged in a row in the notches.
  • distributed is meant that at least one of the coils passes successively through two non-adjacent notches.
  • the electrical conductors may not be arranged in the notches in bulk but in an orderly manner. They are stacked in the notches in a non-random manner, being for example arranged in rows of aligned electrical conductors.
  • the stack of electrical conductors is, for example, a stack in a hexagonal network in the case of electrical conductors of circular cross section.
  • the stator may include electrical conductors housed in the notches. Electrical conductors at least, see a majority of electrical conductors, may be in the shape of pins, U or I.
  • the pin may be U-shaped ("U-pin” in English) or straight, being I-shaped ("I-pin” in English).
  • Each electrical conductor can have one or more strands ("wire” or “strand” in English).
  • strand we mean the most basic unit for electrical conduction.
  • a strand can be of round cross section, we can then speak of "wire", or flat.
  • the flat strands can be shaped into pins, for example a U or an I.
  • Each strand is coated with an insulating enamel.
  • the electrical conductors can form a single coil, in particular whole or fractional.
  • single winding is meant that the electrical conductors are electrically connected together in the stator, and that the connections between the phases are made in the stator, and not outside the stator, for example in a terminal box. .
  • a coil is made up of a number of phases m spatially shifted in such a way that when supplied by a multi-phase current system, they produce a rotating field.
  • the winding can be whole or fractional.
  • the winding can be full in pitch with or without shortening, or in a fractional variant.
  • the electrical conductors form a fractional winding, in particular with a shortened pitch.
  • the winding can be wavy.
  • the electrical conductors can be placed in series in a so-called corrugated winding.
  • corrugated winding is understood to mean a winding in which the electrical conductors of the same phase and of the same pole are electrically connected to one another so that, for a winding path, the electric current of the phase circulates in the electrical conductors rotating around the axis of rotation of the machine, always in one direction.
  • the electrical conductors of the same phase and the same pole do not overlap when viewed perpendicular to the axis of rotation of the machine.
  • the winding may have a single winding path or several winding paths.
  • an "electrical conductor” flows the current of the same phase by winding.
  • the term “winding path” is understood to mean all the electrical conductors of the machine which are traversed by the same electric current of the same phase.
  • These electrical conductors can be connected to each other in series or in parallel or in series-parallel. In the case where there is only one channel, the electrical conductors are connected in series. In the case where there are several channels, the electrical conductors of each channel are connected in series, and the channels are connected in parallel. The electrical conductors can thus form a distributed coil.
  • the winding may not be focused or wound onto tooth.
  • the stator has a concentrated winding.
  • the stator may include teeth and coils arranged on the teeth.
  • the stator can thus be wound on teeth, in other words with an undistributed winding.
  • the teeth of the stator may include pole shoes.
  • the stator teeth are devoid of pole shoes.
  • the stator may include an outer casing surrounding the yoke.
  • the teeth of the stator can be made with a stack of magnetic sheets, each covered with an insulating varnish, in order to limit losses by induced currents.
  • the subject of the invention is also, independently or in combination with the foregoing, a method for manufacturing a rotor as defined above.
  • the process can include the following steps:
  • the first pole plates and the first portions of the hub plates may include a cooperation portion.
  • the process can also include the following step:
  • Step (d) can take place after step (b). It may be advantageous to clamp the sheets together by fixing the tie rods after having arranged the coils on the pole parts, in order to facilitate the assembly of the coils.
  • the coils may include coil heads suitable for this purpose.
  • Figure 1 is a cross-sectional view, schematic and partial, of a rotor according to the known prior art.
  • Figure 2 is an exploded and perspective view, schematic and partial, of a rotor produced in accordance with the invention.
  • FIG. 3 is a schematic and partial view of the pole plates and of the hub of the rotor of FIG. 2.
  • Figure 4 illustrates the assembly of the rotor of Figures 2 and 3.
  • Figure 5 illustrates the assembly of the rotor of Figures 2, 3 and 4.
  • FIG. 6 is an exploded and perspective view, schematic and partial, of an alternative embodiment of a rotor produced in accordance with the invention.
  • FIG. 7 is an exploded and perspective view, schematic and partial, of the rotor of FIG. 6.
  • FIG. 8 is an exploded and perspective view, schematic and partial, of the rotor of FIG. 6.
  • FIG. 9 is an exploded and perspective view, schematic and partial, of the rotor of FIG. 6.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view, schematic and partial, of an alternative embodiment of the rotor produced in accordance with the invention.
  • a rotor 30 comprising a dovetail assembly between a pole piece 31 and a hub 32 intended to be mounted on a shaft, not shown.
  • the pole piece 31 carries a coil 33, retained by pole shoes 34 on the pole piece 31.
  • G dovetail assembly implies the presence of a certain radial play to allow assembly, and therefore the presence of dovetail. 'a parasitic air gap, especially in all areas which do not transmit force. It may also be necessary to provide a radial preloading system which pushes the attached pole outwards, sufficiently to ensure the stability of the assembly with respect to the centrifugal force.
  • FIG. 2 to 5 there is illustrated in Figures 2 to 5 an inner rotor 1 of a rotary electrical machine, produced in accordance with the invention.
  • the rotating electrical machine also includes an external stator, not shown.
  • the stator makes it possible to generate a rotating magnetic field for driving the rotor 1 in rotation, in the context of a synchronous motor, and in the case of an alternator, the rotation of the rotor induces an electromotive force in the windings of the stator.
  • the rotor mass 3 has a central opening for mounting on a shaft, not shown.
  • the shaft can, in the example considered, be made of a non-magnetic material, for example non-magnetic stainless steel or aluminum, or on the contrary be magnetic.
  • the rotor 1 shown in Figure 2 comprises a rotor magnetic mass 3 extending axially along the axis of rotation X of the rotor.
  • the rotor magnetic mass 3 comprises a plurality of pole parts 5 each formed of a stack of pole plates 6a, 6b, and a hub 7 formed of a stack of hub plates 8.
  • Pole sheets 6a, 6b and hub sheets 8 are, in at least one longitudinal section of the rotor mass of the rotor, namely in the area of overlap between poles and hub, arranged alternately with each other, at least a pole plate succeeding a hub plate when moving along a longitudinal axis parallel to an axis of rotation X of the machine.
  • the rotor mass 3 is arranged around a shaft, not shown, arranged on the axis of rotation X of the machine.
  • the rotor mass 3, in particular its hub 7, and the shaft are configured to cooperate so as to allow the transmission of torque between the rotor mass and the shaft.
  • the pole pieces 5 are formed by stacking the pole plates 6a, 6b.
  • the pole plates 6a, 6b are separate from the hub plates 8.
  • the pole plates are not integral with the hub plates.
  • pole plates 6a, 6b and the hub plates 8 are configured so as to allow their tangential cooperation, as illustrated in Figures 4 and 5.
  • the stack of pole plates 6a, 6b of each pole part 5 comprises first pole plates 6a and second pole plates 6b, differing in shape.
  • the first pole plates 6a are configured so as to allow their tangential cooperation with the first portions of the hub plates 8a. They include a cooperation portion 10.
  • the cooperation portion 10 has two non-radial edges 11. It is for example triangular in shape.
  • the first pole plates 6a have a shape adapted to cooperate radially with the second portions of the hub plates 8b.
  • the second pole plates 6b have a shape adapted to cooperate radially with the first portions of the hub plates 8a. To this end, they may in particular include a recess 12. This recess 12 may include at least one, or even two non-radial edges 13. It may for example be triangular in shape.
  • the first pole plates 6a and the second pole plates 6b are arranged alternately with each other or in groups of first pole plates and a group of second pole plates being arranged alternately with each other.
  • the stack of hub plates thus comprises first portions of hub plates 8a and second portions of hub plates 8b, differing in shape.
  • the first portions of the hub plates 8a are configured so as to allow their tangential cooperation with the first pole plates 6a.
  • the first portions of the hub plates 8a comprise a cooperation portion 16.
  • the cooperation portion 16 has two non-radial edges 17. It may for example be triangular in shape.
  • the second hub plate portions 8b have a shape adapted to cooperate radially with the first pole plates 6a. To this end, they include a recess 18. This recess 18 has two non-radial edges 19. It may for example be triangular in shape.
  • the first hub plate portions 8a and the second hub plate portions 8b are arranged alternately with each other or in groups of first hub plate portions 8a and in a group of second hub plate portions 8b being arranged alternately with each other.
  • the rotor comprises tie rods 20 for clamping the plates, both pole plates 6a and 6b and hub plates 8. Said rods can in particular be inserted into orifices 22 formed in the cooperation portions 10 of the first pole plates 6a and in the cooperation portions 16 of the hub plates 8. The tie rods are tightened with sufficient pressure, for example of the order of 26 kN. In the example which has just been described, the orifices 22 are closed, being of closed contour.
  • the embodiment illustrated in Figs 6 to 9 differs from the previous one by the shape of the first pole plates 6a and of the first portions of the hub plates 8a. These do not include an orifice 22 with a closed contour, but a passage 22 for the tie rods with an open contour. This passage 22 is open respectively to the second portions of hub plates 8b for the first pole plates 6a, and to the second pole plates 6b for the first portions of hub plates 8a. In this embodiment, the second portions of the hub plates 8b and the second pole plates 6b have the same shape as previously.
  • first pole plates 6a and the first hub plate portions 8a have the same shape as in the embodiment of Figures 6 to 9, but the shape of the second hub plate portions 8b and the second pole plates 6b differ. They comprise in the triangular recess 18 and 12 respectively a complementary portion 23 of the recess 22 in a half-moon to accommodate the tie rods 20.
  • the process also includes the following step:
  • Step (d) preferably takes place after step (b).
  • the assembly obtained can be impregnated before being inserted into the stator prepared elsewhere.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

Rotor (1) de machine électrique tournante, le rotor comportant une masse rotorique comportant : - une pluralité de parties polaires (5) formées chacune d'un empilement de tôles polaires (6a, 6b), - un moyeu (7) formé d'un empilement de tôles de moyeu (8), des tôles polaires (6a, 6b) et des tôles de moyeu (8) étant, dans au moins une section longitudinale de la masse rotorique du rotor, disposées en alternance les unes avec les autres, au moins une tôle polaire succédant à une tôle de moyeu lorsque l'on se déplace selon un axe longitudinal parallèle à un axe de rotation de la machine.

Description

Description
Titre : ROTOR DE MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE
La présente invention revendique la priorité de la demande française 1915343 déposée le 20 décembre 2019 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
La présente invention concerne le domaine des machines électriques tournantes et plus particulièrement les rotors de telles machines. L’invention s’intéresse notamment à la fabrication de la masse rotorique du rotor, et en particulier aux rotors à pôles saillants.
Domaine technique
L’invention porte plus particulièrement sur les machines synchrones ou asynchrones, à courant alternatif. Elle concerne notamment les machines de traction ou de propulsion de véhicules automobiles électriques (Battery Electric Vehicle) et/ou hybrides (Hybrid Electric Vehicle - Plug-in Hybrid Electric Vehicle), telles que voitures individuelles, camionnettes, camions ou bus. L’invention s’applique également à des machines électriques tournantes pour des applications industrielles et/ou de production d’énergie, notamment navales, aéronautiques ou éoliennes.
Technique antérieure
Certains rotors à pôles saillants sont monoblocs, à la fois l’arbre, le moyeu, et les pôles étant d’une seule pièce. D’autres sont en deux parties, avec un arbre inséré dans une masse rotorique, qui peut être formée d’un empilement de tôles ro toriques.
D’autres encore sont formés d’un assemblage de l’arbre, du moyeu et de pôles dits rapportés. Les pôles rapportés peuvent être vissés sur le moyeu, avec dans ce cas des pôles massifs, ou fixés à celui-ci par exemple par un assemblage à queue d’aronde, tel que par exemple dans la demande de brevet EP 1 249 919. Cependant, un tel montage axial du pôle sur le moyeu implique nécessairement un certain jeu radial, et donc la présence d’un entrefer parasite.
On connaît par la demande de brevet EP 2 626 975 un rotor comportant des parties polaires formées d’un empilement de premières tôles reliées entre elles par une partie annulaire centrale, et disposées entre des deuxièmes tôles comportant une fente pour être fixées à des parties de bases centrales. Dans la demande de brevet DE 102007 024406, les parties polaires comportent également des premières tôles reliées entre elles par une partie annulaire centrale, et disposées entre des deuxièmes tôles libres.
Dans le brevet EP 0 641 059, un rotor de machine électrique tournante comporte des premiers paquets de tôles flottants et des deuxièmes paquets de tôles assurant la cohésion mécanique du rotor. Des tiges sont introduites à travers les tôles de façon à assurer le maintien de l’ensemble. Le nombre de tôles des deuxièmes paquets est relativement faible par rapport au nombre de tôles des premiers paquets, de sorte que les tiges ne sont pas maintenues par les tôles des deuxièmes paquets sur une grande partie de leur longueur. Une telle machine n’est pas adaptée à tourner à des vitesses élevées.
Il existe donc un besoin pour bénéficier d’un rotor de machine électrique tournante qui soit d’une fabrication simple et qui bénéficie d’une tenue mécanique améliorée, notamment à des vitesses de rotation du rotor élevées.
Il existe également un besoin pour faciliter le bobinage des pôles dans le cas d’un rotor bobiné et de faciliter le remplissage des espaces entre les pôles, notamment lorsque la polarité du rotor est plus élevée.
Résumé de l’invention
L’invention vise à répondre à ce besoin et elle y parvient, selon l’un de ses aspects, grâce à un rotor de machine électrique, le rotor comportant une masse rotorique comportant :
- une pluralité de parties polaires formées chacune d’un empilement de tôles polaires,
- un moyeu formé d’un empilement de tôles de moyeu, des tôles polaires et des tôles de moyeu étant, dans au moins une section longitudinale de la masse rotorique du rotor, disposées en alternance les unes avec les autres, au moins une tôle polaire succédant à une tôle de moyeu lorsque l’on se déplace selon un axe longitudinal parallèle à un axe de rotation X de la machine.
La cohésion entre le moyeu et les parties polaires est assurée par adhérence entre les tôles dans des zones contact alternées. L’adhérence peut être réalisée par simple frottement, ou par collage, ou par tout autre moyen d’adhérence plan sur plan.
Dans l’invention, les parties polaires sont formées par l’empilement des tôles polaires. Les tôles polaires sont distinctes des tôles de moyeu. Les tôles polaires ne sont pas d’un seul tenant avec des tôles de moyeu. Grâce à l’invention, on améliore la coopération mécanique et magnétique entre les tôles polaires et les tôles de moyeu, et donc la transmission de couple entre la masse rotorique et le moyeu, ce qui est particulièrement avantageux avec un rotor à pôles rapportés. On évite un jeu radial entre les pièces polaires et le moyeu, de sorte que la stabilité de l’assemblage en est améliorée. On évite également un entrefer radial parasite, ce qui permet d’améliorer les performances électromagnétiques du rotor et de la machine électrique le comportant.
La mise en œuvre de l’invention permet d’éviter d’avoir besoin de dimensionnements très précis et d’un usinage de grande précision. Le coût est donc diminué. Un dimensionnement judicieux permet de garantir la transmission du couple, tout en limitant l’effort de montage.
Exposé de l’invention
Au moins une tôle polaire et au moins une tôle de moyeu peuvent être configurée de manière à permettre leur coopération tangentielle. Dans un mode de réalisation, chaque tôle polaire et chaque tôle de moyeu peuvent être configurée de manière à permettre leur coopération tangentielle.
Par « coopération tangentielle » de deux tôles, on entend que les tôles qui coopèrent tangentiellement ont chacune une face en contact avec la face de l’autre tôle, de manière à permettre un maintien par adhérence entre elles lorsqu’elles sont serrées l’une contre l’autre. Avantageusement, l’empilement de tôles de la masse rotorique est dépourvu d’entrefer parasite, une fois le serrage des tôles effectué. On peut avoir un contact parfait entre les différentes tôles, tôles polaires et tôles de moyeu. On favorise également la solidité de la liaison mécanique entre le moyeu et la masse rotorique.
L’empilement de tôles polaires d’au moins une partie polaire, mieux de chaque partie polaire, peut comporter des premières tôles polaires et des deuxièmes tôles polaires, différant par leur forme.
Les premières tôles polaires sont configurées de manière à permettre leur coopération tangentielle avec des premières portions de tôles de moyeu. A cet effet, au moins une première tôle polaire peut comporter une portion de coopération. Les premières tôles polaires peuvent toutes comporter une portion de coopération. La portion de coopération peut comporter au moins un, voire deux bords non radiaux. Elle peut être par exemple de forme triangulaire. Les premières tôles polaires peuvent avoir une forme adaptée pour coopérer radialement avec des deuxièmes portions de tôles de moyeu décrites ci-après.
Les deuxièmes tôles polaires peuvent avoir une forme adaptée pour coopérer radialement avec des premières portions de tôles de moyeu. A cet effet, elles peuvent notamment comporter un évidemment. Cet évidemment peut comporter au moins un, voire deux bords non radiaux. Il peut être par exemple de forme triangulaire.
Les premières tôles polaires et les deuxièmes tôles polaires peuvent être disposées en alternance l’une avec l’autre ou en groupes de premières tôles polaires et en groupe de deuxièmes tôles polaires étant disposés en alternance l’un avec l’autre.
L’empilement de tôles de moyeu du moyeu peut comporter des premières portions de tôles de moyeu et des deuxièmes portions de tôles de moyeu, différant par leur forme.
Les premières portions de tôles de moyeu sont configurées de manière à permettre leur coopération tangentielle avec des premières tôles polaires. A cet effet, au moins une première portion de tôle de moyeu peut comporter une portion de coopération. Les premières portions de tôles de moyeu peuvent toutes comporter une portion de coopération. La portion de coopération peut comporter au moins un, voire deux bords non radiaux. Elle peut être par exemple de forme triangulaire.
Les premières portions de tôles de moyeu peuvent avoir une forme adaptée pour coopérer radialement avec les deuxièmes tôles polaires.
Les deuxièmes portions de tôles de moyeu peuvent avoir une forme adaptée pour coopérer radialement avec les premières tôles polaires. A cet effet, elles peuvent notamment comporter un évidemment. Cet évidemment peut comporter au moins un, voire deux bords non radiaux. Il peut être par exemple de forme triangulaire. Les premières portions de tôles de moyeu et les portions de deuxièmes tôles de moyeu peuvent être disposées en alternance l’une avec l’autre ou en groupes de premières portions de tôles de moyeu et en groupe de deuxièmes portions de tôles de moyeu étant disposés en alternance l’un avec l’autre.
Le rotor peut comporter des tirants de serrage des tôles, notamment des tôles polaires et des tôles de moyeu. Lesdits tirants peuvent notamment être insérés dans des orifices ménagés dans les portions de coopération des tôles, notamment des tôles polaires et des tôles de moyeu. Les tirants peuvent être serrés avec une pression suffisante, par exemple supérieure à 5 kN, mieux supérieure à 10 kN, étant par exemple de l’ordre de 26 kN. La tension dans les tirants doit être choisie en fonction du nombre de zones de coopération tangentielle, du coefficient de frottement entre zones de coopération et de l’effort d’arrachement de la partie polaire requis, qui peut être déduit de l’effort centrifuge. Lorsque les tirants sont serrés, par exemple vissés, le rotor a une très bonne stabilité.
Dans un mode de réalisation, on peut serrer les tôles, notamment des tôles polaires et des tôles de moyeu, avec un effort de serrage axial F donné par la relation F = Fcent/(2n*p), où Fcent est la force centrifuge exercée par une partie polaire, où n est le nombre de paquets de tôles, n étant notamment inférieur ou égal au nombre de tôles de l’empilement, et m est le coefficient de frottement entre les faces de deux tôles consécutives.
Dans l’invention, on sert les tôles au-delà de ce qui serait seulement nécessaire pour maintenir les tôles entre elles avec une liaison par obstacle.
Dans un mode de réalisation, le rotor comporte des tirants de serrage des tôles, en particulier des premières tôles polaires et des premières portions de tôles de moyeu. Lesdits tirants peuvent notamment être insérés dans des orifices ménagés dans les portions de coopération des premières tôles polaires et dans les portions de coopération des premières portions de tôles de moyeu.
Le rotor peut comporter des tirants creux, ceux-ci pouvant être utilisé pour faire circuler un fluide de refroidissement axialement dans les pôles du rotor, par exemple un liquide de refroidissement tel que de l’huile, afin de favoriser le refroidissement du rotor.
La masse rotorique peut être disposée autour d’un arbre disposé sur l’axe de rotation X de la machine. La masse rotorique, notamment son moyeu, et l’arbre sont configurés pour coopérer de manière à permettre la transmission de couple entre la masse rotorique et l’arbre.
Rotor
Le rotor peut être bobiné, comportant des bobines disposées sur chacune des parties polaires du rotor.
En variante, il peut s’agir d’un rotor comportant des aimants permanents, avec notamment des aimants surfaciques ou enterrés. Le rotor peut être à concentration de flux. Il peut comporter une ou plusieurs couches d’aimants disposées en I, en U ou en V. Les logements des aimants permanents peuvent être réalisées entièrement par découpage dans les tôles. Chaque tôle de l’empilement de tôles peut être monobloc.
En variante encore, il peut s’agir d’un rotor à cage d’écureuil, ou d’un rotor à réluctance variable. Le nombre de pôles P au rotor est par exemple compris entre 4 et 48, étant par exemple de 4, 6, 8, 10 ou 12.
Le diamètre du rotor peut être inférieur à 400 mm, mieux inférieur à 300 mm, et supérieur à 50 mm, mieux supérieur à 70 mm, étant par exemple compris entre 100 et 200 mm.
Les tôles polaires et de moyeu sont magnétiques.
Chaque tôle est par exemple découpée dans une feuille d’acier magnétique ou contenant de l’acier magnétique, par exemple de l’acier de 0,1 à 1,5 mm d’épaisseur. Les tôles peuvent être revêtues d’un vernis isolant électrique sur leurs faces opposées avant leur assemblage au sein de l’empilement. L’isolation électrique peut encore être obtenue par un traitement thermique des tôles, le cas échéant.
L’arbre peut être réalisé dans un matériau magnétique, ce qui permet avantageusement de diminuer le risque de saturation dans la masse rotorique et d’améliorer les performances électromagnétiques du rotor.
En variante, le rotor comporte un arbre amagnétique sur lequel est disposée la masse rotorique. L’arbre peut être réalisé au moins en partie dans un matériau de la liste suivante, qui n’est pas limitative : acier, inox, titane ou tout autre matériau amagnétique.
La masse rotorique peut dans un mode de réalisation être disposée directement sur l’arbre amagnétique, par exemple sans jante intermédiaire. En variante, notamment dans le cas où l’arbre n’est pas amagnétique, le rotor peut comporter une jante entourant l’arbre du rotor et venant prendre appui sur ce dernier.
La masse rotorique peut comporter un ou plusieurs trous pour alléger le rotor, permettre son équilibrage ou pour l’assemblage des tôles rotoriques la constituant. Des trous peuvent permettre le passage de tirants maintenant solidaires entre elles les tôles.
Les tôles peuvent être découpées dans un outil à la suite les unes des autres. Elles peuvent être empilées et clipsées ou collées dans l’outil, en paquets complets ou sous- paquets. Les tôles peuvent être encliquetées les unes sur les autres. En variante, le paquet de tôles peut être empilé et soudé en dehors de l’outil.
Le rotor peut être monté en porte à faux ou non, par rapport aux roulements utilisés pour guider l’arbre.
Le rotor peut être réalisé en plusieurs tronçons alignés suivant la direction axiale, par exemple au moins deux tronçons. Chacun des tronçons peut être décalé angulairement par rapport aux morceaux adjacents (« step skew » en anglais). Machine et stator
L’invention a encore pour objet une machine électrique tournante, comportant un rotor tel que défini précédemment. La machine peut être utilisée comme moteur ou comme générateur. La machine peut être à réluctance. Elle peut constituer un moteur synchrone ou en variante un générateur synchrone. En variante encore, elle constitue une machine asynchrone.
La vitesse maximale de rotation de la machine peut être élevée, étant par exemple supérieure à 10 000 tr/min, mieux supérieure à 12 000 tr/min, étant par exemple de l’ordre de 14000 tr/min à 15 000 tr/min, voire même de 20 000 tr/min ou de 25 000 tr/min. La vitesse maximale de rotation de la machine peut être inférieure à 100 000 tr/min, voire à 60 000 tr/min, voire encore inférieure à 40 000 tr/min, mieux inférieure à 30 000 tr/min.
La machine peut comporter un seul rotor intérieur ou, en variante, un rotor intérieur et un rotor extérieur, disposés radialement de part et d’autre du stator et accouplés en rotation.
La machine peut être insérée seule dans un carter ou insérée dans un carter de boite de vitesse. Dans ce cas, elle est insérée dans un carter qui loge également une boîte de vitesse.
La machine comporte un stator. Ce dernier comporte des dents définissant entre elles des encoches. Le stator peut comporter des conducteurs électriques, au moins une partie des conducteurs électriques, voire une majorité des conducteurs électriques, pouvant être en forme d'épingle en U ou en I.
Les encoches peuvent être au moins partiellement fermée. Une encoche partiellement fermée permet de ménager une ouverture au niveau de l’entrefer, qui peut servir par exemple à la mise en place des conducteurs électriques pour le remplissage de l’encoche. Une encoche partiellement fermée est notamment ménagée entre deux dents qui comportent chacune des épanouissements polaires au niveau de leur extrémité libre, lesquels viennent fermer l’encoche au moins en partie.
En variante, les encoches peuvent être entièrement fermées. Par « encoche entièrement fermée », on désigne des encoches qui ne sont pas ouvertes radialement vers l’entrefer.
Dans un mode de réalisation, au moins une encoche, voire chaque encoche, peut être continûment fermée du côté de l’entrefer par un pont de matière venu d’un seul tenant avec les dents définissant l’encoche. Toutes les encoches peuvent être fermées du côté de l’entrefer par des ponts de matière fermant les encoches. Les ponts de matière peuvent être venus d’un seul tenant avec les dents définissant l’encoche. La masse statorique est alors dépourvue de découpe entre les dents et les ponts de matière fermant les encoches, et les encoches sont alors continûment fermées du côté de l’entrefer par les ponts de matière venus d’un seul tenant avec les dents définissant l’encoche.
En outre, les encoches peuvent également être fermées du côté opposé à l’entrefer par une culasse rapportée ou d’un seul tenant avec les dents. Les encoches ne sont alors pas ouvertes radialement vers l’extérieur. La masse statorique peut être dépourvue de découpe entre les dents et la culasse.
Dans un mode de réalisation, chacune des encoches est de contour continûment fermé. Par « continûment fermé », on entend que les encoches présentent un contour fermé continu lorsqu’elles sont observées en section transversale, prise perpendiculairement à l’axe de rotation de la machine. On peut faire le tour complet de l’encoche sans rencontrer de découpe dans la masse statorique.
La masse statorique peut être réalisée par empilement de tôles magnétiques, les encoches étant venues par découpage des tôles. La masse statorique peut en variante être réalisée par taillage dans une masse de poudre magnétique frittée ou agglomérée. La fermeture des encoches du côté de l’entrefer est obtenue par des ponts de matière venus d’un seul tenant avec le reste des tôles ou du bloc formant la masse statorique.
Le stator peut être dépourvu de cales magnétiques rapportées de fermeture des encoches. On élimine ainsi le risque de détachement accidentel de ces cales.
Le stator peut comporter des bobines disposées de manière répartie dans les encoches, ayant notamment des conducteurs électriques disposés de manière rangée dans les encoches. Par « réparti », on entend qu’au moins l’une des bobines passe successivement dans deux encoches non adjacentes.
Les conducteurs électriques peuvent ne pas être disposés dans les encoches en vrac mais de manière ordonnée. Ils sont empilés dans les encoches de manière non aléatoire, étant par exemple disposés en rangées de conducteurs électriques alignés. L’empilement des conducteurs électriques est par exemple un empilement selon un réseau hexagonal dans le cas de conducteurs électriques de section transversale circulaire.
Le stator peut comporter des conducteurs électriques logés dans les encoches. Des conducteurs électriques au moins, voir une majorité des conducteurs électriques, peuvent être en forme d'épingles, de U ou de I. L’épingle peut être en forme de U (« U-pin » en anglais) ou droite, étant en forme de I (« I-pin » en anglais).
Chaque conducteur électrique peut comporter un ou plusieurs brins (« wire » ou « strand » en anglais). Par « brin », on entend l’unité la plus élémentaire pour la conduction électrique. Un brin peut être de section transversale ronde, on peut alors parler de ‘fil’, ou en méplat. Les brins en méplat peuvent être mis en forme en épingles, par exemple en U ou en I. Chaque brin est revêtu d’un émail isolant.
Les conducteurs électriques peuvent former un bobinage unique, notamment entier ou fractionnaire. Par « bobinage unique », on entend que les conducteurs électriques sont reliés électriquement ensemble dans le stator, et que les connexions entre les phases sont faites dans le stator, et non pas à l’extérieur du stator, par exemple dans une boite à bornes. Un bobinage est constitué d’un nombre de phases m décalées dans l’espace de telle façon que lorsqu’elles sont alimentées par un système de courant multi-phasés, elles produisent un champ tournant. Le bobinage peut être entier ou fractionnaire. Le bobinage peut être entier à pas avec ou sans raccourcissement, ou en variante fractionnaire. Dans un mode de réalisation, les conducteurs électriques forment un bobinage fractionnaire, notamment à pas raccourci.
Le bobinage peut être ondulé. La mise en série des conducteurs électriques peut être faite en bobinage dit ondulé. Par « bobinage ondulé », on entend un bobinage dans lequel les conducteurs électriques d’une même phase et d’un même pôle sont reliés électriquement l’un à l’autre de façon que, pour une voie d’enroulement, le courant électrique de la phase circule dans les conducteurs électriques en tournant autour de l’axe de rotation de la machine toujours dans un seul sens. Pour une voie d’enroulement, les conducteurs électriques d’une même phase et d’un même pôle ne se chevauchent pas lorsqu’ observés perpendiculairement à l’axe de rotation de la machine.
Le bobinage peut comporter une seule voie d’enroulement ou plusieurs voies d’enroulement. Dans un « conducteur électrique » circule le courant d’une même phase par voie d’enroulement. Par « voie d’enroulement », on entend l’ensemble des conducteurs électriques de la machine qui sont parcourus par un même courant électrique d’une même phase. Ces conducteurs électriques peuvent être connectés entre eux en série ou en parallèle ou en série-parallèle. Dans le cas où on a une seule voie, les conducteurs électriques sont connectés en série. Dans le cas où on a plusieurs voies, les conducteurs électriques de chaque voie sont connectés en série, et les voies sont connectées en parallèle. Les conducteurs électriques peuvent ainsi former un bobinage distribué. Le bobinage peut ne pas être concentré ou bobiné sur dent.
Dans une variante de réalisation, le stator est à bobinage concentré. Le stator peut comporter des dents et des bobines disposées sur les dents. Le stator peut ainsi être bobiné sur dents, autrement dit à bobinage non réparti.
Les dents du stator peuvent comporter des épanouissements polaires. En variante, les dents du stator sont dépourvues d’épanouissements polaires.
Le stator peut comporter une carcasse extérieure entourant la culasse.
Les dents du stator peuvent être réalisées avec un empilage de tôles magnétiques, recouvertes chacune d’un vernis isolant, afin de limiter les pertes par courants induits.
Procédé de fabrication
L’invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un procédé de fabrication d’un rotor tel que défini plus haut.
Le procédé peut comporter les étapes suivantes :
(a) Fournir une pluralité de parties polaires formées chacune d’un empilement de tôles polaires,
(b) Disposer des bobines sur les parties polaires, notamment par bobinage de celles-ci,
(c) Insérer les parties polaires bobinées sur un moyeu formé d’un empilement de tôles de moyeu, au moins une tôle polaire et au moins une tôle de moyeu étant configurée de manière à permettre leur coopération tangentielle.
A cet effet, les premières tôles polaires et les premières portions de tôles de moyeu peuvent comporter une portion de coopération.
Le procédé peut également comporter l’étape suivante :
(d) fixer les tôles par des tirants, les tirants étant notamment insérés dans des orifices ménagés dans les portions de coopération des tôles, notamment des tôles polaires et des tôles de moyeu.
L’étape (d) peut avoir lieu après l’étape (b). Il peut être avantageux de serrer les tôles entre elles par fixation des tirants après avoir disposé les bobines sur les parties polaires, afin de faciliter le montage des bobines. Les bobines peuvent comporter des têtes de bobines adaptées à cet effet.
Brève description des dessins L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel :
La figure 1 est une vue en coupe transversale, schématique et partielle, d’un rotor selon l’art antérieur connu.
La figure 2 est une vue en éclaté et en perspective, schématique et partielle, d’un rotor réalisé conformément à l’invention.
La figure 3 est une vue schématique et partielle de tôles polaires et de moyeu du rotor de la figure 2.
La figure 4 illustre le montage du rotor des figures 2 et 3.
La figure 5 illustre le montage du rotor des figures 2, 3 et 4.
La figure 6 est une vue en éclaté et en perspective, schématique et partielle, d’une variante de réalisation de rotor réalisé conformément à l’invention.
La figure 7 est une vue en éclaté et en perspective, schématique et partielle, du rotor de la figure 6.
La figure 8 est une vue en éclaté et en perspective, schématique et partielle, du rotor de la figure 6.
La figure 9 est une vue en éclaté et en perspective, schématique et partielle, du rotor de la figure 6.
La figure 10 est une vue en coupe transversale, schématique et partielle, d’une variante de réalisation de rotor réalisé conformément à l’invention.
Description détaillée
On a illustré à la figure 1, à titre explicatif, un rotor 30 selon l’art antérieur connu, comportant un assemblage par queue d’aronde entre une pièce polaire 31 et un moyeu 32 destiné à être monté sur un arbre non représenté. La pièce polaire 31 porte une bobine 33, retenue par des épanouissements polaires 34 sur la pièce polaire 31. On comprend que G assemblage par queue d’ aronde implique la présence d’un certain jeu radial pour permettre le montage, et donc la présence d’un entrefer parasite, notamment dans toutes les zones qui ne transmettent pas d’effort. Il peut également être nécessaire de prévoir un système de précharge radiale qui repousse le pôle rapporté vers l’extérieur, suffisamment pour assurer la stabilité de l’assemblage vis à vis de l’effort centrifuge. On a illustré aux figures 2 à 5 un rotor intérieur 1 de machine électrique tournante, réalisé conformément à l’invention. La machine électrique tournante comporte également un stator extérieur non représenté. Le stator permet de générer un champ magnétique tournant d’entraînement du rotor 1 en rotation, dans le cadre d’un moteur synchrone, et dans le cas d’un alternateur, la rotation du rotor induit une force électromotrice dans les bobinages du stator.
La masse rotorique 3 comporte une ouverture centrale pour le montage sur un arbre non représenté. L’arbre peut, dans l’exemple considéré, être réalisé dans un matériau amagnétique, par exemple en inox amagnétique ou en aluminium, ou au contraire être magnétique.
Le rotor 1 représenté à la figure 2 comporte une masse magnétique rotorique 3 s’étendant axialement selon l’axe de rotation X du rotor. La masse magnétique rotorique 3 comporte une pluralité de parties polaires 5 formées chacune d’un empilement de tôles polaires 6a, 6b, et un moyeu 7 formé d’un empilement de tôles de moyeu 8.
Des tôles polaires 6a, 6b et des tôles de moyeu 8 sont, dans au moins une section longitudinale de la masse rotorique du rotor, à savoir dans la zone de recouvrement entre pôles et moyeu, disposées en alternance les unes avec les autres, au moins une tôle polaire succédant à une tôle de moyeu lorsque l’on se déplace selon un axe longitudinal parallèle à un axe de rotation X de la machine.
La masse rotorique 3 est disposée autour d’un arbre non représenté, disposé sur l’axe de rotation X de la machine. La masse rotorique 3, notamment son moyeu 7, et l’arbre sont configurés pour coopérer de manière à permettre la transmission de couple entre la masse rotorique et l’arbre.
Dans l’invention, les parties polaires 5 sont formées par l’empilement des tôles polaires 6a, 6b. Les tôles polaires 6a, 6b sont distinctes des tôles de moyeu 8. Les tôles polaires ne sont pas d’un seul tenant avec des tôles de moyeu.
Les tôles polaires 6a, 6b et les tôles de moyeu 8 sont configurée de manière à permettre leur coopération tangentielle, comme illustré sur les figures 4 et 5.
L’empilement de tôles polaires 6a, 6b de chaque partie polaire 5 comporte des premières tôles polaires 6a et des deuxièmes tôles polaires 6b, différant par leur forme.
Les premières tôles polaires 6a sont configurées de manière à permettre leur coopération tangentielle avec des premières portions de tôles de moyeu 8a. Elles comportent une portion de coopération 10. La portion de coopération 10 comporte deux bords non radiaux 11. Elle est par exemple de forme triangulaire.
Les premières tôles polaires 6a ont une forme adaptée pour coopérer radialement avec les deuxièmes portions de tôles de moyeu 8b.
Les deuxièmes tôles polaires 6b ont une forme adaptée pour coopérer radialement avec les premières portions de tôles de moyeu 8a. A cet effet, elles peuvent notamment comporter un évidemment 12. Cet évidemment 12 peut comporter au moins un, voire deux bords non radiaux 13. Il peut être par exemple de forme triangulaire.
Les premières tôles polaires 6a et les deuxièmes tôles polaires 6b sont disposées en alternance l’une avec l’autre ou en groupes de premières tôles polaires et en groupe de deuxièmes tôles polaires étant disposés en alternance l’un avec l’autre.
L’empilement de tôles de moyeu du moyeu comporte ainsi des premières portions de tôles de moyeu 8a et des deuxièmes portions de tôles de moyeu 8b, différant par leur forme.
Les premières portions de tôles de moyeu 8a sont configurées de manière à permettre leur coopération tangentielle avec des premières tôles polaires 6a. A cet effet, les premières portions de tôles de moyeu 8a comportent une portion de coopération 16. La portion de coopération 16 comporte deux bords non radiaux 17. Elle peut être par exemple de forme triangulaire.
Les deuxièmes portions de tôles de moyeu 8b ont une forme adaptée pour coopérer radialement avec les premières tôles polaires 6a. A cet effet, elles comportent un évidemment 18. Cet évidemment 18 comporte deux bords non radiaux 19. Il peut être par exemple de forme triangulaire.
Les premières portions de tôles de moyeu 8a et les deuxièmes portions de tôles de moyeu 8b sont disposées en alternance l’une avec l’autre ou en groupes de premières portions de tôles de moyeu 8a et en groupe de deuxièmes portions de tôles de moyeu 8b étant disposés en alternance l’un avec l’autre.
Le rotor comporte des tirants 20 de serrage des tôles, à la fois des tôles polaires 6a et 6b et des tôles de moyeu 8. Lesdits tirants peuvent notamment être insérés dans des orifices 22 ménagés dans les portions de coopération 10 des premières tôles polaires 6a et dans les portions de coopération 16 des tôles de moyeu 8. Les tirants sont serrés avec une pression suffisante, par exemple de l’ordre de 26kN. Dans l’exemple qui vient d’être décrit, les orifices 22 sont fermés, étant de contour fermé.
Le mode de réalisation illustré aux figues 6 à 9 diffère du précédent par la forme des premières tôles polaires 6a et des premières portions de tôles de moyeu 8a. Celles-ci ne comportent pas un orifice 22 de contour fermé, mais un passage 22 pour les tirants de contour ouvert. Ce passage 22 est ouvert respectivement vers les deuxièmes portions de tôles de moyeu 8b pour les premières tôles polaires 6a, et vers les deuxièmes tôles polaires 6b pour les premières portions de tôles de moyeu 8a. Dans ce mode de réalisation, les deuxièmes portions de tôles de moyeu 8b et les deuxièmes tôles polaires 6b ont la même forme que précédemment.
Dans le mode de réalisation de la figure 10, les premières tôles polaires 6a et les premières portions de tôles de moyeu 8a ont la même forme que dans le mode de réalisation des figures 6 à 9, mais la forme des deuxièmes portions de tôles de moyeu 8b et des deuxièmes tôles polaires 6b diffère. Elles comportent dans l’évidemment triangulaire respectivement 18 et 12 une portion complémentaire 23 de l’évidemment 22 en demi-lune pour loger les tirants 20.
On va maintenant décrire plus en détail le procédé de fabrication du rotor. Il comporte les étapes suivantes :
(a) Fournir une pluralité de parties polaires 3 formées chacune d’un empilement de tôles polaires 6a, 6b,
(b) Disposer des bobines 25 sur les parties polaires, notamment par bobinage de celles-ci,
(c) Insérer les parties polaires bobinées sur un moyeu 5 formé d’un empilement de tôles de moyeu 8, les tôles polaires 6a, 6b et les tôles de moyeu 8 étant configurées de manière à permettre leur coopération tangentielle.
Le procédé comporte également l’étape suivante :
(d) fixer les tôles par des tirants, les tirants étant notamment insérés dans des orifices ménagés dans les portions de coopération des tôles, notamment des tôles polaires et des tôles de moyeu.
L’étape (d) a de préférence lieu après l’étape (b).
L’ensemble obtenu peut être imprégné avant d’être inséré dans le stator préparé par ailleurs.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d’être décrits.

Claims

Revendications
1. Rotor (1) de machine électrique tournante, le rotor comportant une masse rotorique comportant :
- une pluralité de parties polaires (5) formées chacune d’un empilement de tôles polaires (6a,
6b),
- un moyeu (7) formé d’un empilement de tôles de moyeu (8), des tôles polaires (6a, 6b) et des tôles de moyeu (8) étant, dans au moins une section longitudinale de la masse rotorique du rotor, disposées en alternance les unes avec les autres, au moins une tôle polaire succédant à une tôle de moyeu lorsque l’on se déplace selon un axe longitudinal parallèle à un axe de rotation de la machine, au moins une tôle polaire (6a, 6b) et au moins une tôle de moyeu (8) étant configurée de manière à permettre leur coopération tangentielle de manière à permettre un maintien par adhérence entre elles.
2. Rotor selon la revendication précédente, G empilement de tôles polaires d’ au moins une partie polaire, mieux de chaque partie polaire, comportant des premières tôles polaires (6a) et des deuxièmes tôles polaires (6b), différant par leur forme.
3. Rotor selon la revendication précédente, au moins une première tôle polaire (6a) comportant une portion de coopération (10).
4. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’empilement de tôles de moyeu du moyeu comportant des premières portions de tôles de moyeu (8a) et des deuxièmes portions de tôles de moyeu (8b), différant par leur forme.
5. Rotor selon la revendication précédente, au moins une première portion de tôle de moyeu (8a) comportant une portion de coopération (16).
6. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant des tirants (20) de serrage des tôles, notamment des tôles polaires et des tôles de moyeu, lesdits tirants (20) étant notamment insérés dans des orifices (22) ménagés dans les portions de coopération des tôles, notamment des tôles polaires et des tôles de moyeu.
7. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on sert les tôles, notamment des tôles polaires et des tôles de moyeu, avec un effort de serrage axial F donné par la relation F = Fcent/(2n*p), où Fcent est la force centrifuge exercée par une partie polaire, où n est le nombre de paquets de tôles, n étant notamment inférieur ou égal au nombre de tôles de l’empilement, et m est le coefficient de frottement entre les faces de deux tôles consécutives.
8. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant des tirants de serrage des premières tôles polaires (6a) et des premières portions de tôles de moyeu (8).
9. Rotor selon la revendication précédente, lesdits tirants étant insérés dans des orifices ménagés dans les portions de coopération (10) des premières tôles polaires (6a) et dans les portions de coopération (16) des premières portions de tôles de moyeu (8).
10. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, la masse rotorique (3) étant disposée autour d’un arbre disposé sur un axe de rotation (X) de la machine.
11. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, étant bobiné, comportant des bobines disposées sur chacune des parties polaires (3).
12. Machine électrique tournante comportant un rotor (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes et un stator (2).
13. Machine selon la revendication précédente, le stator (2) comportant des conducteurs électriques, au moins une partie des conducteurs électriques, voire une majorité des conducteurs électriques, étant en forme d'épingle en U ou en I.
14. Procédé de fabrication d’un rotor (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comportant les étapes suivantes :
(a) Fournir une pluralité de parties polaires (5) formées chacune d’un empilement de tôles polaires (6a, 6b),
(b) Disposer des bobines sur les parties polaires, notamment par bobinage de celles-ci,
(c) Insérer les parties polaires (5) bobinées sur un moyeu (7) formé d’un empilement de tôles de moyeu (8), au moins une tôle polaire et au moins une tôle de moyeu étant configurée de manière à permettre leur coopération tangentielle.
15. Procédé selon la revendication précédente, comportant l’étape suivante :
(d) fixer les tôles par des tirants (20), les tirants étant notamment insérés dans des orifices (22) ménagés dans les portions de coopération des tôles, notamment des tôles polaires et des tôles de moyeu.
16. Rotor (1) de machine électrique tournante, le rotor comportant une masse rotorique comportant :
- une pluralité de parties polaires (5) formées chacune d’un empilement de tôles polaires (6a, 6b),
- un moyeu (7) formé d’un empilement de tôles de moyeu (8), des tôles polaires (6a, 6b) et des tôles de moyeu (8) étant, dans au moins une section longitudinale de la masse rotorique du rotor, disposées en alternance les unes avec les autres, au moins une tôle polaire succédant à une tôle de moyeu lorsque l’on se déplace selon un axe longitudinal parallèle à un axe de rotation de la machine, l’empilement de tôles polaires d’au moins une partie polaire, mieux de chaque partie polaire, comportant des premières tôles polaires (6a) et des deuxièmes tôles polaires (6b), différant par leur forme.
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