EP4252335A1 - Flasque et rotor de machine électrique tournante - Google Patents

Flasque et rotor de machine électrique tournante

Info

Publication number
EP4252335A1
EP4252335A1 EP21824621.3A EP21824621A EP4252335A1 EP 4252335 A1 EP4252335 A1 EP 4252335A1 EP 21824621 A EP21824621 A EP 21824621A EP 4252335 A1 EP4252335 A1 EP 4252335A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
flange
channel
pack
machine
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
EP21824621.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean Baptiste ROUX
Juan Wang
Ioan Deac
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 EP4252335A1 publication Critical patent/EP4252335A1/fr
Pending 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
    • H02K1/32—Rotating parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/003—Couplings; Details of shafts
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates to rotating electrical machines, and more particularly those cooled by circulation of a cooling liquid, in particular oil, circulating at least partially in the shaft of the machine and, where appropriate, in a stack of metal sheets.
  • a cooling liquid in particular oil
  • the invention relates more particularly to the rotors of such machines, and even more particularly to the flanges.
  • the invention relates more particularly to synchronous or asynchronous alternating current machines. It relates in particular to traction or propulsion machines for electric (Battery Electric Vehicle) and/or hybrid (Hybrid Electric Vehicle - Plug-in Hybrid Electric Vehicle) motor vehicles, such as individual 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 turbine applications.
  • the machine comprises a flange in which is formed a duct, which is of constant cross section from its inlet to its outlet, or with a single cross-section variation between two portions which are each of constant cross-section.
  • the oil is introduced into the flange through an orifice oriented axially, on the side opposite the rotor mass. This flange is not supplied from a pack of rotor laminations of the rotor.
  • a flange for the rotor of a rotating electrical machine comprising one or more channels for supplying a cooling liquid supplied from a channel formed in a pack of rotor laminations or a shaft of the rotor or between the pack of rotor laminations and the shaft, at least one inlet channel having a narrowing in cross section, the cross section of the inlet channel decreasing then increasing when the one moves away from the axis of rotation of the machine.
  • the constriction makes it possible to limit the flow of the coolant, and thus to promote its good distribution in the rotor, and on either side of it. This is particularly useful when the coolant is provided by a central supply, in particular a single one. In the supply channel before the constriction, the pressure of the coolant is lower, which makes it possible to obtain a good distribution of the oil all around the axis of rotation of the rotor. It is thus possible to obtain improved cooling of the electrical conductors of the machine, thanks to a good distribution of the cooling liquid on each of them. Even with a low flow of cooling oil, a very even distribution of the cooling liquid can be obtained all around the axis of rotation of the rotor on all the electrical conductors of the machine.
  • cross-section of the supply channel it is necessary to understand a section taken in the plane perpendicular to the direction of flow of the cooling fluid in the supply channel.
  • the cross-sectional area of the constriction may be between 0.5 mm 2 and 5 mm 2 , better still between 0.7 mm 2 and 3 mm 2 , better still between 1 mm 2 and 2.5 mm 2 , being for example the order of 1.7 mm 2 or 2.4 mm 2 .
  • the shape of the cross section of the narrowing may be rectangular, square, circular, half-moon or other, this list not being exhaustive.
  • the narrowing can preferably be located in a first half of the supply channel, when moving in the direction of circulation of the coolant.
  • the narrowing can preferably be located in the first two fifths of the supply channel, when moving in the direction of circulation of the coolant, better in a first third, or even in a first quarter of the supply channel .
  • the length of the intake channel is measured between its entry into the bottom of the flange, at shaft level, and the top of the flange, at air gap level.
  • the channel or channels can be formed at least partially in the thickness of the flange.
  • the channel(s) may be formed at least partially hollow on a face of the flange facing said pack of rotor plates.
  • the channel(s) can lead to outlets arranged at the periphery of the flange, through which the coolant is projected onto a stator of the machine.
  • Each output can be fed by at least one respective feed channel.
  • the outlets can be hollow formed on a side of the flange facing said pack of rotor plates.
  • the outlets can be oriented radially outwards.
  • the outlets can be located on a radially outer edge of the flange, and/or on a face of the flange facing said stack of rotor laminations.
  • Each flange may include a single output, or else between 1 and 8 outputs, for example 2, 4, 6 or 8. It may include for example an even number of outputs, or alternatively an odd number.
  • the outputs of a flange can for example be regularly distributed around the flange, for example at 180° when the flange has 2 outputs, and at 90° when the flange has 4 outputs.
  • the supply channels can be oriented radially.
  • Each flange may include a single feed channel, or between 1 and 8 feed channels, for example 2, 4, 6 or 8. It may include for example an even number of feed channels, or alternatively a odd number.
  • the supply channels of a flange can for example be regularly distributed around the flange, for example at 180° when the flange comprises 2 channels, and at 90° when the flange comprises 4 channels.
  • the flange can have a larger longitudinal dimension comprised between 5 mm and 20 mm, better still between 8 mm and 15 mm, being for example of the order of 12 mm.
  • the supply channels may each comprise an inlet on the side of the axis of rotation of the rotor, said inlets being interconnected at a radially inner end by an annular recess.
  • each supply channel comprising for example an inlet portion flared in the direction of the axis of rotation of the rotor.
  • the annular recess or the flared inlet portion(s) can be used to collect the cooling liquid coming from the rotor, and to distribute it in the various supply channels of the flange. Such a configuration makes it possible to promote a regular distribution.
  • the area of the flared inlet portion measured in a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor may be between 10 mm 2 and 50 mm 2 , better still between 20 mm 2 and 40 mm 2 , being for example of the order of 30 mm 2 .
  • the difference between the internal and external diameters of this recess can be between 1 mm and 6 mm, better still between 2 mm and 5 mm, being for example of the order of 3.5 mm .
  • the annular recess may be delimited at least in part by the shaft.
  • the annular recess may be delimited at least in part by the pack of rotor laminations.
  • the annular recess may be delimited at least in part by the flange.
  • the annular recess may be delimited by the shaft, by the pack of rotor laminations and by the flange.
  • G When the flange is observed along the axis of rotation of the electric machine, G obviously annular can be located between the shaft and the narrowing of the inlet channel.
  • An outer face of the flange can be configured to limit the presence of coolant in the air gap and promote its projection towards the electrical conductors of the machine.
  • the flange may be a casting, being in particular made of aluminum or aluminum alloy, in particular by die casting.
  • the geometry of the flange, with channels formed at the interface between the flange and the pack of rotor laminations or of simple shape, allows very simple manufacture without re-machining or drilling, or with Possible re-machining and drilling, but easy to make. Materials other than aluminum can be used.
  • the flange can be produced by machining.
  • the flange may also comprise one or more channels for supplying a coolant supplied from a pack of rotor laminations of the rotor, at least one supply channel comprising a portion for spraying the coolant, this spray portion being arranged in the second half of the supply channel, when moving in the direction of circulation of the coolant.
  • the spray portion may be as described below.
  • a further subject of the invention is a flange for the rotor of a rotating electrical machine, comprising one or more channels for supplying a cooling liquid supplied from a channel formed in a stack of metal sheets.
  • rotors or in a shaft of the rotor or between the pack of rotor laminations and the shaft at least one supply channel comprising a coolant spray portion.
  • This spray portion can be placed in the last two thirds of the supply channel, when moving in the direction of circulation of the coolant.
  • the spray portion can be arranged in the second half of the supply channel, when moving in the direction of circulation of the coolant.
  • the flange may include one or more of the characteristics described above or below.
  • the spray portion breaks up the flow of coolant, and thus promotes the creation of a mist of droplets.
  • droplet mist is meant a stream of coolant droplets. Coolant can mix with air. The coolant can thus be better distributed, in a balanced way, and thus a good distribution of it in the rotor, and on either side of it, towards the electrical conductors of the machine can be promoted. This is particularly useful when the coolant is provided by a central supply, in particular a single supply.
  • the invention makes it possible to burst the jet of cooling liquid, in order to obtain a mist of liquid on the electrical conductors of the rotating electrical machine.
  • the droplets created can be projected towards the electrical conductors, in particular the coil heads. These droplets can pass through the coil heads at their base, which further promotes their cooling.
  • the spray portion is closer to the air gap and the coil heads of the machine than to the axis of rotation. In particular, it is closer to the air gap and the coil heads than to the surface of the shaft.
  • the spray portion may comprise a portion of channel formed through 360° in the flange.
  • This channel portion may have a length of between 0.2 and 6 mm, better still between 1 and 4 mm, being for example of the order of 2.5 mm.
  • the length of this channel portion may be between 0.4 and 11% of a radius of the flange, better still between 2 and 8%, being for example of the order of 5% of a radius of the flange.
  • a greater transverse dimension of this channel may be between 1 and 5 mm, better still between 1.5 mm and 3 mm, being for example of the order of 2.5 mm.
  • the cross-section of the supply channel can decrease and then increase when moving away from the axis of rotation of the machine.
  • the channel portion can be obtained by drilling.
  • It may extend along a longitudinal axis which extends in a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor.
  • its longitudinal axis can be inclined with respect to this plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor, for example by an angle comprised between 0° and 15°, better still between 0° and 10°, for example l order of 3°. It can for example be parallel to a face of the flange intended to come face to the stack of sheets.
  • the spray portion of the inlet channel may include one or more barbs disposed across the flow of coolant.
  • the pins can be molded, cast from the foundry with the rest of the flange.
  • the pins can be produced by electroerosion, in particular with a copper matrix in a bath.
  • the spikes can be attached to the flange.
  • the pins can be re-machined, if necessary.
  • the pimples can still be made by a 3D printing method.
  • the pins can be oriented parallel to an axis of rotation of the rotor.
  • the pins can be oriented perpendicular to a longitudinal axis of the supply channel.
  • the spikes may be of generally cylindrical shape of revolution. They can be in cross section of generally discoid, elliptical, polygonal, square, rectangular or other, this list not being exhaustive. As a variant, the spikes can have the shape of a truncated cone. They may be flat at their free end, in order to promote good contact with the laminations of the stack of laminations.
  • the flange may comprise, for a spray portion, a number of spikes comprised between 1 and 20, better still between 2 and 15, or even between 3 and 12, in particular 4.
  • the spikes can be arranged in one or more rows, for example one, two or three rows, being for example arranged in staggered rows. In the case where the pins are in several rows, they can be staggered.
  • the gap d between two pins measured between their longitudinal axes, can be between 0.5 mm and 5 mm, better still between 1 mm and 3 mm, being for example of the order of 2 mm.
  • the pins can be arranged in regular staggered rows.
  • a pin can be arranged at an equal distance from all the nearest pins, in all directions.
  • the difference dl between two rows of pins, measured between their longitudinal axes, can be between 0.5 mm and 6 mm, better still between 2 mm and 5 mm, being for example of the order of 3.5 mm.
  • the pins can be arranged in an irregular staggered row, with rows separated by a greater distance d2.
  • the difference d2 can be between 1 mm and 7 mm, better still between 2 mm and 6 mm, being for example of the order of 4.5 mm.
  • the spikes may have a diameter of between 0.5 mm and 4 mm, better still between 1 mm and 3 mm, being for example of the order of 2 mm.
  • the spray portion may comprise four spikes distributed in three rows.
  • the first and the third row can have one barb and the second row can have two barbs.
  • the pins can be arranged in regular or irregular staggered rows.
  • the spikes can all be equidistant from each other. Thus, there is no privileged passage for the cooling fluid which then flows uniformly in the supply channel.
  • At least one spike in particular that or those of the third row, may comprise at least one fin, for example two fins.
  • the fin(s) may extend along a plane perpendicular to the plane of the flange.
  • the distance hl between the first row of spikes and the axis of rotation of the rotor can be between 10 mm and 50 mm, better still between 15 mm and 40 mm, being for example the order of 30 mm.
  • the distance 11 between the centers of the two pins of the second row can be between 1 mm and 8 mm, better still between 2 mm and 6 mm, being for example of the order of 4 mm.
  • the gap between the first and second row may be greater than the gap between the second and third row.
  • the gap h2 between the first and the second row can be between 1 mm and 10 mm, better still between 2 mm and 6 mm, being for example of the order of 4.5 mm.
  • the gap h3 between the second and the third row can be between 1 mm and 10 mm, better still between 2 mm and 5 mm, being for example of the order of 3.5 mm.
  • the pin in the first row can particularly allow the jet to explode at low speed, that is to say at a speed of less than 5000 rpm.
  • the second row of two spikes can particularly make it possible to burst the jet at all the speeds of rotation of the machine.
  • the second row advantageously comprises two spikes in order to be able to burst the jet satisfactorily in both directions of rotation of the machine.
  • the third row can make it possible in particular to break up the jet at all speeds and thus make it possible to form the mist of droplets.
  • Each pin may have a free space around its periphery, that is to say a space where there is no other pin or an edge of the channel.
  • This free space may have the shape of a disk, in particular centered on the spike.
  • the free space When the free space is a disk, it may have a diameter of between 1 mm and 5 mm, better still between 2 mm and 4 mm, being for example of the order of 3 mm.
  • the edges of the feed channel, at the level of the spray portion may have curved portions, in particular bumps and/or hollows.
  • a dip corresponds to an increase in channel width and a bump corresponds to a reduction in channel width.
  • the edges of the channel may have alternating dips and bumps.
  • the edges of the channel, at the level of the spray portion can each have between 1 and 5 bumps, in particular 2 bumps.
  • the edges of the channel, at the level of the spray portion can each have between 1 and 5 hollows, in particular 2 hollows.
  • the edges of the channel each have two hollows and two bumps.
  • the distance between two spikes can be substantially the same as the distance between a spike and a bump adjacent to this spike.
  • the hollows may have different radii of curvature. For example, at least one of the hollows may have a greater radius of curvature than the other hollows.
  • the edges of the channel may have small depressions and large depressions.
  • the radius of curvature of the small hollows can be between 0.2 mm and 3 mm, better still between 0.5 mm and 2 mm, being for example of the order of 1 mm.
  • the radius of curvature of the large hollows can be between 1 mm and 5 mm, better still between 2 mm and 4 mm, being for example of the order of 3 mm.
  • a large hollow can be arranged between two bumps.
  • the bumps can all have the same radius of curvature.
  • the radius of curvature of the bumps may be equal to that of the small depression(s).
  • the radius of curvature of the bumps can be between 0.2 mm and 3 mm, better still between 0.5 mm and 2 mm, being for example of the order of 1 mm.
  • the bumps can be aligned with one or more nubs.
  • the bumps can be offset, in particular slightly, with respect to one or more spikes.
  • the distance h5 between the center of a bump and the center of an adjacent small hollow is between 0.5 mm and 5 mm, better still between 1 mm and 3 mm, being for example of the order of 1.7 mm .
  • the recesses make it possible to provide sufficient space around the pins to allow the manufacture of the flange by foundry. Thanks to these spaces, it is possible to use pins that are sufficiently wide without the risk of the pins breaking and that the mold used is sufficiently strong.
  • the ratio between the radius of curvature of the large hollows and the diameter of the spikes can be between 0.2 and 3, better still between 1 and 2, being for example of the order of 1.33.
  • the distance 12 between the tops of two bumps arranged face to face can be between 1 mm and 10 mm, better still between 3 mm and 8 mm, being for example of the order of 6 mm.
  • the distance 13 between the bottoms of two small hollows arranged face to face may be between 3 mm and 12 mm, better still between 4 mm and 10 mm, being for example of the order of 7.5 mm.
  • the ratio of the distance 12 between the tops of two bumps arranged face to face to the diameter of the spikes can be between 1 and 6, better still between 1.5 and 5, being for example of the order of 3.
  • the distance 13 between the bottom of a small hollow and a narrowing of a supply duct can be between 3 mm and 12 mm, better still between 5 mm and 10 mm, being for example of the order of 7.8 mm.
  • a cross-sectional area of the spray portion can be between 3 mm 2 and 30 mm 2 , better still between 5 mm 2 and 25 mm 2 , being for example of the order of 15 mm 2 .
  • the cross-sectional area of the spray portion is calculated by deducting that of any spikes.
  • the shape of the cross-section of the spray portion can be rectangular, square, circular, half-moon or other, this list not being limiting.
  • the spray portion can preferably be located in the last two fifths of the supply channel, when moving in the direction of circulation of the coolant, better in a last third, or even in a last quarter of the channel. ' brought.
  • the length D2 of the inlet channel is measured between its entry into the bottom of the flange, at shaft level, and the top of the flange, at air gap level.
  • the length D2 of the supply channel can be between 20 mm and 100 mm, better still between 25 mm and 80 mm, being for example of the order of 33 mm.
  • the length D of the supply channel before the spray portion can be between 10 mm and 50 mm, better still between 15 mm and 40 mm, being for example of the order of 26 mm.
  • a D/D2 ratio can be between 0.5 and 1, better still between 0.6 and 0.9, being for example of the order of 0.8.
  • edges of the supply channels located between the inlet and the spray portion can be convex.
  • the edges of the supply channels located between the inlet and the spray portion can be substantially rectilinear.
  • the edges may be inclined at an angle g with respect to a plane containing the axis of rotation of the machine and tangent to a narrowing of the intake duct.
  • the angle of inclination g can be between 150 and 30 ° , better still between 200 and 25 ° , for example of the order of 22.5°. A such an inclination makes it possible to direct the flow of cooling fluid in particular towards the pins furthest from the axis of rotation of the machine.
  • the flange may include a flared end portion, in particular located after the spray portion, when moving in the direction of circulation of the coolant.
  • the flared end portion opens onto the outer edge of the flange. It allows the coolant to be directed towards the stator, and in particular its electrical conductors, and in particular the coil heads.
  • the flared end portion comprises a bottom inclined at an angle a with respect to a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor.
  • the angle a can be between 2° and 30°, better still between 10° and 20°, being for example of the order of 15°.
  • This inclined bottom gives access to the coolant up to the end of the flange.
  • the flared end portion can form a flare angle b in this plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor.
  • the flare angle b can be between 10° and 50°, better still between 20° and 40°, being for example of the order of 30°.
  • the flare angle b makes it possible to have a more or less wide area for spraying coolant on the coil heads.
  • the flared end portion may include a notch arranged on the edge of the flange and oriented radially. This notch makes it easier to orient and index the flange.
  • a further subject of the invention is a flange for the rotor of a rotating electrical machine, comprising one or more channels for supplying a cooling liquid fed from a pack of toric plates of the rotor , at least one supply channel comprising a coolant spray portion, this spray portion being arranged in the second half of the supply channel, when moving in the direction of circulation of the coolant, the flange further comprising at least one supply channel comprising a narrowing in cross-section, the cross-section of the supply channel decreasing and then increasing as one moves away from the axis of rotation of the machine.
  • the narrowing may in particular be located in a first half of the supply channel, when moving in the direction of circulation of the coolant.
  • the constriction and the spray portion can be separated by a channel portion in which the section cross section of the supply channel is wider than in the constriction and in the spray portion.
  • the flange may comprise at least one supply channel comprising a coolant spray portion, this spray portion being arranged in the second half of the supply channel, when moving in the direction of circulation of the liquid. cooling, as well as a narrowing of cross-section, the cross-section of the channel of supply decreasing then increasing when one moves away from the axis of rotation of the machine.
  • Another subject of the invention is a rotor comprising a pack of rotor laminations and at least one flange as defined above.
  • the flange can be arranged at one end of the pack of rotor laminations.
  • the subject of the invention is a rotor comprising a pack of rotor laminations and two flanges each disposed at one end of the pack of rotor laminations.
  • At least one axial channel for distributing the coolant towards the flange(s) can be formed in the pack of rotor laminations or between the pack of rotor laminations and the shaft, along the latter. This or these axial distribution channels can pass axially through at least part of the laminations of the pack of rotor laminations.
  • the circulation of the coolant in the rotor can be symmetrical with respect to a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor.
  • each feed channel and/or G obviously annular and/or the flared portion(s) can face at least one axial distribution channel of the pack of rotor laminations.
  • the rotor may comprise permanent magnets inserted in the pack of rotor laminations. It may comprise permanent magnets, with in particular surface or buried magnets.
  • the rotor can be flux concentrating. It can include one or more layers of magnets arranged in an I, U or V.
  • the housings for the permanent magnets can be made entirely by cutting in the sheets. Each sheet of the stack of sheets can be monobloc.
  • it may be a wound or 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 can 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.
  • Each sheet is for example cut from a sheet of magnetic steel or sheet 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 faces before they are assembled within the stack. Electrical insulation can still be obtained by heat treatment of the sheets, if necessary.
  • the rotor magnetic mass may comprise salient poles.
  • the poles can be integral with the rest of the rotor mass, or attached to it.
  • the shaft can be made of a magnetic material, which advantageously makes it possible to reduce the risk of saturation in the rotor mass and to improve the electromagnetic performance of the rotor.
  • the rotor comprises a non-magnetic shaft on which the rotor mass is arranged.
  • the shaft can be made at least in part from a material from the following list, which is not exhaustive: steel, stainless steel, titanium or any other non-magnetic material.
  • the rotor mass can in one embodiment be placed directly on the non-magnetic shaft, for example without an intermediate rim.
  • the rotor may comprise a rim surrounding the shaft of the rotor and coming to rest on the latter.
  • the rotor mass may include one or more holes to lighten the rotor, allow its balancing or for the assembly of the rotor plates constituting it. Holes can allow passage of the tie rods now integral with the sheets.
  • Sheets can be cut in a tool one after the other. They can be stacked and clipped or glued into the tool, in complete bundles or sub-bundles. The sheets can be clicked on top of each other. Alternatively, the stack of sheets can be stacked and welded outside the tool.
  • the rotor mass may have an outer contour which is circular or multi-lobed, a multi-lobed shape being useful for example to reduce torque ripples or current or voltage harmonics.
  • the rotor can be cantilevered or cantilevered from the bearings used to guide the shaft.
  • the rotor can be made in several sections aligned in the axial direction, for example at least two sections. Each of the sections can be offset angularly relative to the adjacent pieces (“step skew”).
  • the coolant may be oil.
  • the coolant can circulate in the housings of the permanent magnets, or between the shaft and the stack of laminations.
  • the cooling liquid can be in direct contact with the permanent magnets of the rotor on part of an outer surface of said permanent magnets, so as to have a capture of the calories to be evacuated in an optimal manner and thus protect the permanent magnets of the rotor. “Direct contact” means physical contact with the outer surface of the permanent magnets, which may be covered with a protective varnish.
  • 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 to 15,000 rpm, or even even 20000 rpm or 24000 rpm or 25000 rpm.
  • the maximum speed of rotation of the machine may be less than 100,000 rpm, or even 60,000 rpm, or even even less than 40,000 rpm, better still less than 30,000 rpm.
  • the invention may be particularly suitable for high-powered machines.
  • the machine may comprise a single inner rotor or, as a variant, 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 into a casing or inserted into a gearbox casing. In this case, it is inserted into a casing 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, which may be in the shape of a U-shaped or I-shaped hairpin.
  • the feed channel(s) may open out facing the ends of the stator coils.
  • the ends of the stator windings are the parts of the electrical conductors of the stator that protrude from the stator mass.
  • the machine may comprise a shaft traversed over at least part of its length by an internal channel for supplying the cooling liquid.
  • the shaft may not have full length coolant flow in one direction. On the contrary, it can be traversed by a flow of coolant over approximately half of its length.
  • the internal channel of the shaft may comprise a first axial portion over half the length of the shaft, and a second radial portion configured to conduct the coolant from the first portion towards the stack of laminations, and in particular towards the axial coolant distribution channel formed in the pack of rotor laminations or between the pack of rotor laminations and the shaft, along the latter.
  • the notches can be at least partially closed.
  • a partially closed notch makes it possible to create an opening at the level of the air gap, which can be used, for example, for the installation of electrical conductors for filling the notch.
  • a partially closed notch is in particular made 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 air gap side by a bridge of material coming 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 material bridges may be integral with the teeth defining the notch. The stator mass then has no cutout between the teeth and the bridges of material closing the slots, and the slots are then continuously closed on the air gap side 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 added yoke or in one piece with the teeth. The notches are then not open radially outwards.
  • the stator mass may have no cutout between the teeth and the yoke.
  • 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 made by stacking magnetic laminations, the notches being made by cutting the laminations.
  • the stator mass can as a variant be produced by cutting in a mass of sintered or agglomerated magnetic powder. The closing of the slots on the side of the air gap is obtained by bridges of material coming from a single piece with the rest of the sheets or the block forming the stator mass.
  • the stator may be devoid of added magnetic shims for closing the slots. This eliminates the risk of accidental detachment of these wedges.
  • the stator may comprise coils arranged in a distributed manner in the slots, having in particular electrical conductors arranged in a row in the slots.
  • distributed we mean that at least one of the coils passes successively through two non-adjacent slots.
  • the electrical conductors may not be arranged in the notches loosely but in an orderly manner. They are stacked in the slots 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 according to a hexagonal network in the case of electrical conductors of circular cross-section.
  • the stator may include electrical conductors housed in the slots. Electrical conductors at least, see a majority of electrical conductors, can be pin-shaped, U-shaped or I-shaped.
  • the pin can be U-shaped or straight, being I-shaped.
  • Each electrical conductor may comprise 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 a 'thread', or flat.
  • the flat strands can be shaped into pins, for example U or I.
  • Each strand is coated with an insulating enamel.
  • the electrical conductors can form a single winding, in particular whole or fractional.
  • single winding it 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 winding is made up of a number of phases m staggered in space in such a way that when they are supplied by a multi-phase current system, they produce a rotating field.
  • the winding can be whole or fractional.
  • the winding can be full-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 corrugated.
  • the series connection of the electrical conductors can be done in so-called wavy winding.
  • wavy winding is meant a winding in which the electrical conductors of the same phase and of the same pole are electrically connected to each other so that, for one winding path, the electric current of the phase circulates in the electrical conductors by rotating around the axis of rotation of the machine, always in one direction.
  • the electrical conductors of the same phase and of the same pole do not overlap when observed perpendicular to the axis of rotation of the machine.
  • the winding may comprise a single winding path or several winding paths.
  • electrical conductor the current of the same phase flows by way of winding.
  • winding path is meant all of the electrical conductors of the machine which are traversed by the same electric current of the same phase.
  • These electrical conductors can be connected together 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 winding.
  • the winding may not be concentrated or tooth wound.
  • the stator has a concentrated winding.
  • the stator may include teeth and coils disposed on the teeth.
  • the stator can thus be wound on teeth, in other words with undistributed winding.
  • the stator teeth may include pole shoes.
  • the stator teeth are devoid of pole shoes.
  • the stator may include an outer carcass surrounding the yoke.
  • the stator teeth can be made with a stack of magnetic laminations, each covered with an insulating varnish, in order to limit the losses by induced currents.
  • the invention also relates, independently or in combination with the foregoing, to a method of manufacturing a rotor as defined above.
  • a further subject of the invention is a method for cooling a rotating electrical machine as defined above.
  • the cooling process may include the following step: circulating the coolant in opposite directions within the rotor, then spraying the coolant on the stator coil heads.
  • Figure 1 is a longitudinal sectional view, schematic and partial, of a rotor made in accordance with the invention.
  • FIG 2 Fa figure 2 is a front view of a flange of the rotor of figure 1.
  • FIG 3 Fa figure 3 a sectional view, schematic and partial, of the flange of figure 2.
  • FIG 4 Fa Figure 4 is a view similar to Figure 1 of an alternative embodiment.
  • Figure 5 is a front view of a flange of the rotor of Figure 4.
  • Figure 6 a sectional view, schematic and partial, of the flange of Figure 5.
  • Figure 7 is a detail view, in section, of the flange of Figures 4 to 6.
  • Figure 8 is a detail view, in section, of the flange of Figures 4 to 6.
  • Figure 9a Figure 9a is a view similar to Figure 8 of an alternative embodiment.
  • Figure 9b is a view similar to Figure 8 of an alternative embodiment.
  • Figure 9c is a view similar to Figure 8 of an alternative embodiment.
  • Figure 9d is a view similar to Figure 8 of an alternative embodiment.
  • Figure 10a is a view similar to Figure 8 of an alternative embodiment.
  • FIG. 10b Figure 10b is a perspective view of the flange of Figure 10a.
  • Figure 10c is another perspective view of the flange of Figure
  • Figure lOd is a view similar to Figure 6 of the flange of Figure
  • Figure lia is a view similar to Figure 10a of an alternative embodiment.
  • Figure 1 lb is a perspective view of the flange of Figure IIa.
  • Figure 12 is a sectional view, schematic and partial, of a flange according to an alternative embodiment.
  • FIG. 1 to 3 there is illustrated in Figures 1 to 3 an inner rotor 1 of a rotating electrical machine, also comprising an outer stator 2.
  • the stator 2 makes it possible to generate a rotating magnetic field for driving the rotor 1 in rotation, within the framework of a motor synchronous, and in the case of an alternator, the rotation of the rotor induces an electromotive force in the electrical conductors 4 of the stator 2.
  • the rotor 1 represented in FIG. 1 comprises a magnetic rotor mass 3 extending axially along the axis of rotation X of the rotor, this rotor mass being formed by a stack of magnetic toric laminations 8 stacked along the axis X, the plates being for example identical and superimposed exactly.
  • the magnetic laminations are preferably made of magnetic steel. All grades of magnetic steel can be used.
  • the rotor mass 3 has a central opening for mounting on a shaft 5.
  • 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 comprises two flanges 10 each placed at one end of the pack of rotor plates 8.
  • Each of the flanges 10 comprises two supply channels 12 for a cooling liquid, both oriented radially and supplied from the pack of rotor laminations of the rotor.
  • These two supply channels 12 are arranged at 180°, as can be seen in FIG. 2, and they are supplied from an axial channel 13 for distributing the coolant to the flange which is formed between the pack of rotor plates 3 and the tree 5, along this one.
  • This axial distribution channel 13 is supplied by a central channel 51 of the shaft 5, which communicates with radial channels 52.
  • the circulation of the cooling liquid in the rotor is thus symmetrical with respect to a plane perpendicular to the axis of X-rotation of the rotor.
  • the supply channels 12 of the flanges 10 each have an inlet 12a on the side of the axis of rotation X of the rotor 1, said inlets being interconnected at a radially inner end by an annular recess 14.
  • the annular recess 14 serves to collect the coolant coming from the rotor, and to distribute it in the two supply channels of the flange.
  • the difference between the internal and external diameter of this recess is in the example described of the order of 3.5 mm.
  • the supply channels 12 further comprise an outlet 12b on the opposite side, at the level of the coil heads of the electrical conductors 4.
  • the outlets 12b are arranged at the periphery of the flange, on a radially outer edge of the flange, and oriented radially towards outside, allowing the coolant to spray onto the stator.
  • the outlets are recessed on one face of the flange facing the packet of rotor plates 3, as seen in Figure 1.
  • each flange has two outputs 12b, distributed around the flange at 180 °.
  • the channel or channels are formed in the thickness of the flange, more precisely hollow on a face of the flange facing said pack of rotor laminations 8.
  • Each of the two channels 12 further comprises a narrowing 15 of its cross-section, the cross-section of the supply channel 12 decreasing then increasing when one moves away from the axis of rotation X, which makes it possible to limit the flow rate. of the coolant, and thus to favor a good distribution of the latter in the rotor, and on either side of the latter.
  • the area of the cross-section of the constriction 15 can be in the example described of the order of 1.7 mm 2 .
  • the narrowing 15 is located in the first half of the supply channel, when moving in the direction of circulation of the coolant, close to the annular recess 14.
  • each flange has an inclination oriented towards the shaft 5, which limits the presence of coolant in the air gap and promotes its projection towards the electrical conductors of the machine.
  • each supply channel 12 comprises a spray portion 18 of the coolant, this spray portion 18 being arranged in the second half of the supply channel, when moving in the direction of circulation of the liquid. cooling.
  • the spray portion 18 makes it possible to break up the flow of coolant, and thus to promote the creation of a mist of droplets.
  • the cross-section of the supply channel decreases then increases as one moves away from the axis of rotation of the machine.
  • the spray portion 18 comprises a portion of channel arranged at 360° in the flange, which can be obtained by drilling.
  • This channel portion here has a length 1 of the order of 2.5 mm.
  • a greater transverse dimension of this channel is of the order of 2.5 mm.
  • the spray portion of the supply channel comprises spikes 20 arranged across the flow of coolant. These pins 20 are molded, cast from the foundry with the rest of the flange.
  • the pins 20 are in the example described oriented parallel to an axis of rotation of the rotor and perpendicular to a longitudinal axis of the feed channel 12.
  • the pins 20 are of generally cylindrical shape of revolution, and in cross section of generally disc shape, as seen in Figure 5. They are also flat at their free end, in order to promote good contact with the sheets of the packet of sheets.
  • the pins 20 are in this example arranged in two rows, here of two and three pins respectively, and staggered.
  • the gap d between two pins, measured between their longitudinal axes, is of the order of 1 mm, as shown in Figure 8.
  • the pins are in this example arranged in regular staggered rows, one pin being arranged at equal distance from all nearest pins, in all directions.
  • the gap dl between two rows of pins, measured between their longitudinal axes, is around 1.7 mm.
  • the pins could be arranged differently.
  • Figure 9a they are arranged in three rows, here respectively of one, two and three pins, and in regular staggered rows as in Figure 8, with a spacing dl between two rows of pins which is here of l order of 1.7 mm.
  • the spray portion 18 may have only one row, as shown in Figure 9b, which has a single row of three spikes.
  • the pins can be arranged in an irregular staggered row, with rows separated by a greater distance d2, as illustrated in FIGS. 9c and 9d.
  • the difference d2 can here be of the order of 3.7 mm.
  • a cross-sectional area of the spray portion may be between 3 mm 2 and 30 mm 2 , being for example of the order of 15 mm 2 . It is calculated by deducting that of any spikes.
  • the spray portion is located in the last two-fifths of the supply channel, of length D2, when moving in the direction of circulation of the coolant.
  • the length D2 of the supply channel is measured between the entry of the latter into the bottom of the flange, at the level of the shaft, and the top of the flange, at the level of the air gap, as illustrated in FIG. 8 for example.
  • the length D of the supply channel before the spray portion is of the order of 26 mm.
  • a ratio D/D2 is for example of the order of 0.8.
  • each supply channel comprises an inlet portion 12a flared in the direction of the axis of rotation of the rotor.
  • the two flared inlet portions 12a make it possible to collect the cooling liquid coming from the rotor.
  • the area of the flared inlet portion 12a measured in a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor is in the example described of the order of 30 mm 2 .
  • the area of the cross section of the constriction 15 is of the order of 2.4 mm 2 .
  • the shape of the cross-section of the constriction is in this example of substantially rectangular shape, as shown in Figure 7. Alternatively, it could be square, circular, half-moon or other shape, this list not being exhaustive .
  • the supply channel 12 has a flared end portion 12b, located after the spray portion, when moving in the direction of circulation of the coolant.
  • the flared end portion 12b opens onto the outer edge of the flange. It comprises a bottom inclined at an angle a with respect to a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor, as illustrated in figure 6.
  • the angle a is here of the order of 15°.
  • the flared end portion also forms a flare angle b in this plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor, as shown in Figure 8.
  • the flare angle b is here of the order of 30°.
  • the spray portion 18 comprises four spikes 20 distributed in three rows.
  • the first and the third row each have a barb 20 and the second row has two barbs 20.
  • the gap h2 between the first and the second row is G of the order of 4.5 mm.
  • the gap h3 between the second and third row is around 3.5 mm.
  • the gap between the first and the second row is greater than the gap between the second and the third row, the pins 20 are therefore arranged in irregular staggered rows.
  • the pin 20 of the third row has two fins.
  • the diameter D′ of the spikes is of the order of 2 mm.
  • the supply channel further comprises a narrowing 15 of its cross section. This constriction is arranged between the inlet 12a of the channel and the spray portion 18.
  • Each pin has around its periphery a free space 21, that is to say a space where there are no other pins or an edge of the channel.
  • This free space has the shape of a disc centered on the pin and with a diameter of about 3 mm.
  • edges 121 of the channel at the level of the spray portion each have a large hollow 31, a small hollow 32 and two bumps 30,30'.
  • the three pins of the second and third rows are arranged at an equal distance from each other.
  • the distance between the pins is equal to the distance between each pin and the adjacent bump 30, 30'.
  • the radius of curvature Ra of the small hollow 32 is of the order of 1 mm.
  • the radius of curvature Rb of the large hollow 31 is of the order of 3 mm.
  • the small hollow 32 is closer to the axis of rotation X than the large hollow 31.
  • the large hollow 31 is arranged between the two bumps 30,30'.
  • the small hollow 32 makes it possible to direct the flow of cooling fluid towards the two pins of the second row so that it is broken to form a mist of droplets.
  • the 30.30' bumps all have the same radius of curvature Ra' which is around 1 mm.
  • the bump 30 farthest from the axis X of rotation of the machine is aligned with the pin 20 of the third row.
  • the bump 30' closest to the axis X of rotation of the machine is slightly offset with respect to the pin of the first row.
  • the radius of curvature Ra of the small hollows is here equal to the radius of curvature Ra' of the bumps.
  • the distance h5 between the center of the bump 30' closest to the axis of rotation of the machine and the center of the adjacent small hollow 32 is of the order of 1.7 mm.
  • the flared end portion of the outlet 12b includes a notch 40 arranged on the edge of the flange and oriented radially to facilitate orientation and indexing of the flange.
  • the edges 120 of the supply channel located between the inlet 12a and the spray portion 18 are convex.
  • the ratio between the radius of curvature Rb of the large hollows and the diameter D' of the spikes is between 0.2 and 3, better still between 1 and 2, being for example of the order of 1.33.
  • the distance 12 between the tops of the two bosses closest to the X axis of rotation which are face to face is between 1 mm and 10 mm, better still between 3 mm and 8 mm, being for example of the order of 6 mm.
  • the distance 13 between the bottoms of the two small hollows closest to the X axis of rotation which are face to face is between 3 mm and 12 mm, better still between 4 mm and 10 mm, being for example of the order of 7.5mm.
  • the ratio of the distance 12 between the tops of the two bumps closest to the axis X of rotation to the diameter D' of the pins 20 is between 1 and 6, better still between 1.5 and 5, being for example l order of 3.
  • the distance hl between the first row of pins and the axis of rotation of the rotor is of the order of 30 mm.
  • the distance 11 between the centers of the two pins 20 of the second row is of the order of 4 mm.
  • the distance h4 between the center of the spike of the first row and the first bump 30' is between 0.2 mm and 3 mm, better still between 0.5 mm and 2 mm, for example is of the order of 1 mm.
  • the gap 14 between the bottom of the small hollow 32 and the narrowing 15 is between 1 mm and 7 mm, better still between 2 mm and 5 mm, being for example of the order of 3 mm
  • the distance h6 between the bottom of the small hollow closest to the X axis of rotation and the narrowing is between 3mm and 12mm, better still between 5mm and 10mm, being for example of the order of 7.8mm.
  • edges 120 of the supply channel located between the inlet 12a and the spray portion 18 are substantially rectilinear.
  • edges 120 of the feed channel are inclined at an angle g with respect to a plane P containing the axis of rotation of the machine.
  • this angle g is of the order of 22.5°.
  • FIG. 12 a sectional view of a flange according to a variant embodiment.
  • the supply channels 12 of the flange 10 each have an inlet 12a on the side of the axis of rotation X of the rotor 1. These inlets are interconnected at a radially inner end by an annular recess 14.
  • the bottom 140 of the annular recess is oblique.
  • the bottom of the annular recess does not have a right angle, unlike the example embodiment in Figure 6.
  • the invention is not limited to the examples which have just been described.
  • the rotor can be made with other coolant passages, for example oriented radially at approximately mid-length of the package or in contact with the magnets.

Landscapes

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Abstract

Flasque (10) de rotor de machine électrique tournante, comportant un ou plusieurs canaux d'amenée (12) d'un liquide de refroidissement alimentés depuis un canal formé dans un paquet de tôles rotoriques (8) ou dans un arbre du rotor (1) ou entre le paquet de tôles rotoriques et l'arbre, au moins un canal d'amenée (12) comportant un rétrécissement (15) de section transversale, la section transversale du canal d'amenée diminuant puis augmentant lorsque l'on s'éloigne de l'axe de rotation (X) de la machine.

Description

Description
Titre : Flasque et rotor de machine électrique tournante
La présente invention revendique la priorité de la demande française 2012358 déposée le 30 novembre 2020 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
Domaine technique
La présente invention concerne les machines électriques tournantes, et plus particulièrement celles refroidies par une circulation d’un liquide de refroidissement, notamment de l’huile, circulant au moins partiellement dans l’arbre de la machine et le cas échéant dans un paquet de tôles rotorique d’un rotor de la machine. L’invention concerne plus particulièrement les rotors de telles machines, et encore plus singulièrement les flasques.
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
Il est connu de refroidir les têtes de bobines du stator d’une machine électrique tournante par un liquide de refroidissement éjecté par le rotor sur celles-ci au cours du fonctionnement de la machine.
Dans les demandes JP 2006-025545, JP 2013-115848, JP 2015-231262, JP 2005-006429 par exemple, la machine comporte un flasque dans lequel est ménagé un conduit, qui est de section transversale constante depuis son entrée jusqu’à sa sortie, ou avec une variation de section unique entre deux portions qui sont chacune de section transversale constante. Dans la demande JP 2010-124559, l’huile est introduite dans le flasque par un orifice orienté axialement, du côté opposé à la masse rotorique. Ce flasque n’est pas alimenté depuis un paquet de tôles rotoriques du rotor.
Il existe un besoin pour encore améliorer le refroidissement des machines électriques tournantes refroidies par une circulation de liquide de refroidissement.
Résumé de l’invention
L’invention vise à répondre à ce besoin et a pour objet, selon un premier de ses aspects, un flasque de rotor de machine électrique tournante, comportant un ou plusieurs canaux d’ amenée d’un liquide de refroidissement alimentés depuis un canal formé dans un paquet de tôles rotoriques ou un arbre du rotor ou entre le paquet de tôles rotoriques et l'arbre, au moins un canal d’ amenée comportant un rétrécissement de section transversale, la section transversale du canal d’ amenée diminuant puis augmentant lorsque l’on s’éloigne de l’axe de rotation de la machine.
Le rétrécissement permet de limiter le débit du liquide de refroidissement, et ainsi de favoriser une bonne répartition de celui-ci dans le rotor, et de part et d’autre de celui- ci. Cela est particulièrement utile lorsque le liquide de refroidissement est apporté par une alimentation centrale, notamment unique. Dans le canal d’ amenée avant le rétrécissement, la pression du liquide de refroidissement est plus faible, ce qui permet d’obtenir une bonne répartition de l’huile tout autour de l’axe de rotation du rotor. On peut obtenir ainsi un refroidissement amélioré des conducteurs électriques de la machine, grâce à une bonne répartition du liquide de refroidissement sur chacun d’eux. Même avec un faible débit d’huile de refroidissement, on peut obtenir une répartition très régulière du liquide de refroidissement tout autour de l’axe de rotation du rotor sur tous les conducteurs électriques de la machine.
Par « section transversale du canal d’ amenée », il faut comprendre une section prise dans le plan perpendiculaire à la direction d’écoulement du fluide de refroidissement dans le canal d’ amenée.
Exposé de l’invention
La surface de la section transversale du rétrécissement peut être comprise entre 0,5 mm2 et 5 mm2, mieux entre 0,7 mm2 et 3 mm2, mieux entre 1 mm2 et 2,5 mm2, étant par exemple de l’ordre de 1,7 mm2 ou 2,4 mm2. La forme de la section transversale du rétrécissement peut être de forme rectangulaire, carrée, circulaire, demi-lune ou autres encore, cette liste n’étant pas limitative.
Le rétrécissement peut être de préférence situé dans une première moitié du canal d’ amenée, lorsque l’on se déplace dans le sens de circulation du liquide de refroidissement. Le rétrécissement peut être de préférence situé dans les deux premiers cinquièmes du canal d’ amenée, lorsque l’on se déplace dans le sens de circulation du liquide de refroidissement, mieux dans un premier tiers, voir dans un premier quart du canal d’ amenée. La longueur du canal d’amenée est mesurée entre l’entrée de celui-ci dans le bas du flasque, au niveau de l’arbre, et le haut du flasque, au niveau de l’entrefer.
Le ou les canaux peuvent être formés au moins partiellement dans l’épaisseur du flasque. Le ou les canaux peuvent être formés au moins partiellement en creux sur une face du flasque tournée vers ledit paquet de tôles ro toriques.
Le ou les canaux peuvent déboucher sur des sorties disposées à la périphérie du flasque, par lesquelles le liquide de refroidissement est projeté sur un stator de la machine. Chaque sortie peut être alimentée par au moins un canal d’amenée respectif. Les sorties peuvent être formés en creux sur une face du flasque tournée vers ledit paquet de tôles ro toriques.
Les sorties peuvent être orientées radialement vers l’extérieur. Les sorties peuvent être situées sur une tranche radialement extérieure du flasque, et/ou sur une face du flasque tournée vers ledit paquet de tôles rotoriques.
Chaque flasque peut comporter une unique sortie, ou bien entre 1 et 8 sorties, par exemple 2, 4, 6 ou 8. Il peut comporter par exemple un nombre pair de sorties, ou en variante un nombre impair. Les sorties d’un flasque peuvent par exemple être régulièrement réparties autour du flasque, par exemple à 180° quand le flasque comporte 2 sorties, et à 90° quand le flasque comporte 4 sorties.
Les canaux d’amenée peuvent être orientés radialement. Chaque flasque peut comporter un unique canal d’amenée, ou bien entre 1 et 8 canaux d’amenée, par exemple 2, 4, 6 ou 8. Il peut comporter par exemple un nombre pair de canaux d’amenée, ou en variante un nombre impair. Les canaux d’amenée d’un flasque peuvent par exemple être régulièrement répartis autour du flasque, par exemple à 180° quand le flasque comporte 2 canaux, et à 90° quand le flasque comporte 4 canaux. Le flasque peut avoir une plus grande dimension longitudinale comprise entre 5 mm et 20 mm, mieux entre 8 mm et 15 mm, étant par exemple de l’ordre de 12 mm.
Les canaux d’ amenée peuvent comporter chacun une entrée du côté de l’axe de rotation du rotor, lesdites entrées étant reliées entre elles à une extrémité radialement intérieure par un évidemment annulaire.
En variante, les entrées ne sont pas reliées entre elles, chaque canal d’ amenée comportant par exemple une portion d’entrée évasée en direction de l’axe de rotation du rotor. L’ évidemment annulaire ou la ou les portions d’entrée évasées peuvent servir à collecter le liquide de refroidissement provenant du rotor, et à le répartir dans les différents canaux d’ amenée du flasque. Une telle configuration permet de favoriser une répartition régulière.
Dans le cas d’une portion d’entrée évasée, l’aire de la portion d’entrée évasée mesurée dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor peut être comprise entre 10 mm2 et 50 mm2, mieux entre 20 mm2 et 40 mm2, étant par exemple de l’ordre de 30 mm2.
Dans le cas d’un évidemment annulaire, la différence entre les diamètres intérieur et extérieur de cet évidemment peut être comprise entre 1 mm et 6 mm, mieux entre 2 mm et 5 mm, étant par exemple de l’ordre de 3,5 mm.
L’évidement annulaire peut être délimité au moins en partie par l’arbre. L’évidement annulaire peut être délimité au moins en partie par le paquet de tôles rotoriques. L’évidement annulaire peut être délimité au moins en partie par le flasque. Dans un mode de réalisation, l’évidemment annulaire peut être délimité par l’arbre, par le paquet de tôles rotoriques et par le flasque.
Lorsqu’on observe le flasque selon l’axe de rotation de la machine électrique, G évidemment annulaire peut être situé entre l’arbre et le rétrécissement du canal d’ amenée.
Une face extérieure du flasque peut être configurée pour limiter la présence de liquide de refroidissement dans l’entrefer et favoriser sa projection vers des conducteurs électriques de la machine.
Le flasque peut être une pièce de fonderie, étant notamment réalisé en aluminium ou alliage d’aluminium, notamment par fonderie sous pression. La géométrie du flasque, avec des canaux formés à l’interface entre le flasque et le paquet de tôles rotoriques ou de forme simple, permet une fabrication très simple sans reprise d’usinage ni perçage, ou avec reprise d’usinage et perçage éventuels, mais aisés à réaliser. D’autres matériaux que l’aluminium peuvent être utilisés. En variante, le flasque peut être réalisé par usinage.
Le flasque peut également comporter un ou plusieurs canaux d’ amenée d’un liquide de refroidissement alimentés depuis un paquet de tôles rotoriques du rotor, au moins un canal d’ amenée comportant une portion de pulvérisation du liquide de refroidissement, cette portion de pulvérisation étant disposée dans la deuxième moitié du canal d’ amenée, lorsque l’on se déplace dans le sens de circulation du liquide de refroidissement. La portion de pulvérisation peut être telle que décrite ci-après.
L’invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un flasque de rotor de machine électrique tournante, comportant un ou plusieurs canaux d’ amenée d’un liquide de refroidissement alimentés depuis un canal formé dans un paquet de tôles rotoriques ou dans un arbre du rotor ou entre le paquet de tôles rotoriques et l'arbre, au moins un canal d’ amenée comportant une portion de pulvérisation du liquide de refroidissement. Cette portion de pulvérisation peut être disposée dans les deux derniers tiers du canal d’ amenée, lorsque l’on se déplace dans le sens de circulation du liquide de refroidissement. La portion de pulvérisation peut être disposée dans la deuxième moitié du canal d’ amenée, lorsque l’on se déplace dans le sens de circulation du liquide de refroidissement. Le flasque peut comporter l’une ou plusieurs des caractéristiques décrites ci-avant ou ci-après.
La portion de pulvérisation permet d’éclater le flux de liquide de refroidissement, et ainsi de favoriser la création d’un brouillard de gouttelettes. Par "brouillard de gouttelettes", on entend un flux de gouttelettes de liquide de refroidissement. Le liquide de refroidissement peut se mélanger à de l’air. Le liquide de refroidissement peut ainsi être mieux réparti, de façon équilibrée, et ainsi on peut favoriser une bonne répartition de celui-ci dans le rotor, et de part et d’autre de celui-ci, vers les conducteurs électriques de la machine. Cela est particulièrement utile lorsque le liquide de refroidissement est apporté par une alimentation centrale, notamment unique.
Par ailleurs, l’invention permet d’éclater le jet de liquide de refroidissement, afin d’obtenir un brouillard de liquide sur des conducteurs électriques de la machine électrique tournante. Les gouttelettes créées peuvent être projetées vers les conducteurs électriques, notamment les têtes de bobines. Ces gouttelettes peuvent traverser les têtes de bobines à leur base, ce qui favorise encore leur refroidissement. La portion de pulvérisation est plus proche de l’entrefer et des têtes de bobines de la machine que de l’axe de rotation. Elle est en particulier plus proche de l’entrefer et des têtes de bobines que de la surface de l’arbre.
La portion de pulvérisation peut comporter une portion de canal ménagée à 360° dans le flasque.
Cette portion de canal peut avoir une longueur comprise entre 0,2 et 6 mm, mieux entre 1 et 4 mm, étant par exemple de l’ordre de 2,5 mm. La longueur de cette portion de canal peut être comprise entre 0,4 et 11 % d’un rayon du flasque, mieux entre 2 et 8 %, étant par exemple de l’ordre de 5 % d’un rayon du flasque.
Une plus grande dimension transversale de ce canal peut être comprise entre 1 et 5 mm, mieux entre 1,5 mm et 3 mm, étant par exemple de l’ordre de 2,5 mm.
Dans la portion de pulvérisation, la section transversale du canal d’ amenée peut diminuer puis augmenter lorsque l’on s’éloigne de l’axe de rotation de la machine.
La portion de canal peut être obtenue par perçage.
Elle peut s’étendre selon un axe longitudinal qui s’étend dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor.
En variante, son axe longitudinal peut être incliné par rapport à ce plan perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor, par exemple d’un angle compris entre 0° et 15°, mieux entre 0° et 10°, par exemple de l’ordre de 3°. Il peut par exemple être parallèle à une face du flasque destinée à venir face au paquet de tôles.
En variante ou additionnellement, la portion de pulvérisation du canal d’ amenée peut comporter un ou plusieurs picots disposés en travers du flux de liquide de refroidissement.
Les picots peuvent être moulés, venus de fonderie avec le reste du flasque. En variante, les picots peuvent être réalisés par électroérosion, notamment avec une matrice en cuivre dans un bain. En variante encore, les picots peuvent être rapportés sur le flasque. Les picots peuvent être repris d’usinage, le cas échéant. Les picots peuvent encore être fabriqués par une méthode d'impression 3D.
Les picots peuvent être orientés parallèlement à un axe de rotation du rotor. Les picots peuvent être orientés perpendiculairement à un axe longitudinal du canal d’ amenée.
Les picots peuvent être de forme générale cylindrique de révolution. Ils peuvent être en section transversale de forme générale discoïde, elliptique, polygonale, carrée, rectangulaire ou autre, cette liste n’étant pas limitative. En variante, les picots peuvent avoir une forme de cône tronqué. Ils peuvent être plats à leur extrémité libre, afin de favoriser un bon contact avec les tôles du paquet de tôles.
Le flasque peut comporter, pour une portion de pulvérisation, un nombre de picots compris entre 1 et 20, mieux entre 2 et 15, voire entre 3 et 12, notamment 4.
Les picots peuvent être disposés en une ou plusieurs rangées, par exemple une, deux ou trois rangées, étant par exemple disposés en quinconce. Dans le cas où les picots sont en plusieurs rangées, ils peuvent être disposés en quinconce.
L’écart d entre deux picots, mesuré entre leurs axes longitudinaux, peut être compris entre 0,5 mm et 5 mm, mieux entre 1 mm et 3 mm, étant par exemple de l’ordre de 2 mm.
Les picots peuvent être disposés en quinconce régulier. Un picot peut être disposé à égale distance de tous les picots les plus proches, dans toutes les directions. L’écart dl entre deux rangées de picots, mesuré entre leurs axes longitudinaux, peut être compris entre 0,5 mm et 6 mm, mieux entre 2 mm et 5 mm, étant par exemple de l’ordre de 3,5 mm.
En variante, les picots peuvent être disposés en quinconce irrégulier, avec des rangées écartées d’un plus grand écart d2. L’écart d2 peut être compris entre 1 mm et 7 mm, mieux entre 2 mm et 6 mm, étant par exemple de l’ordre de 4,5 mm.
Les picots peuvent avoir un diamètre compris entre 0,5 mm et 4 mm, mieux entre 1 mm et 3 mm, étant par exemple de l’ordre de 2 mm.
Dans un mode de réalisation, la portion de pulvérisation peut comporter quatre picots répartis en trois rangées. La première et la troisième rangée peuvent comporter un picot et la deuxième rangée peut comporter deux picots. Les picots peuvent être disposés en quinconce régulier ou irrégulier.
Les picots peuvent être tous à égale distance les uns des autres. Ainsi, il n’y a pas de passage privilégié pour le fluide de refroidissement qui s’écoule alors uniformément dans le canal d’ amenée.
Au moins un picot, en particulier celui ou ceux de la troisième rangée, peut comporter au moins une ailette, par exemple deux ailettes. La ou les ailettes peuvent s'étendre selon un plan perpendiculaire au plan du flasque.
La distance hl entre la première rangée de picot et l'axe de rotation du rotor peut être comprise entre 10 mm et 50 mm, mieux entre 15 mm et 40 mm, étant par exemple de l’ordre de 30 mm. La distance 11 entre les centres des deux picots de la deuxième rangée peut être comprise entre 1 mm et 8 mm, mieux entre 2 mm et 6 mm, étant par exemple de l’ordre de 4 mm.
L'écart entre la première et la deuxième rangée peut être supérieur à l'écart entre la deuxième et la troisième rangée. L'écart h2 entre la première et la deuxième rangée peut être compris entre 1 mm et 10 mm, mieux entre 2 mm et 6 mm, étant par exemple de l’ordre de 4,5 mm. L'écart h3 entre la deuxième et la troisième rangée peut être compris entre 1 mm et 10 mm, mieux entre 2 mm et 5 mm, étant par exemple de l’ordre de 3,5 mm.
Le picot de la première rangée peut permettre tout particulièrement d’exploser le jet à basse vitesse, c’est-à-dire à une vitesse inférieure à 5000 tours/min. La deuxième rangée de deux picots peut permettre tout particulièrement d'éclater le jet à toutes les vitesses de rotation de la machine.
La deuxième rangée comporte avantageusement deux picots pour pouvoir éclater le jet de manière satisfaisante dans les deux sens de rotation de la machine. La troisième rangée peut permettre tout particulièrement de casser le jet à toutes les vitesses et ainsi permettre de former le brouillard de gouttelettes.
Chaque picot peut présenter autour de sa périphérie un espace libre, c’est-à-dire un espace où il n'y a pas d'autre picot ou un bord du canal. Cet espace libre peut présenter la forme d'un disque notamment centré sur le picot. Lorsque l'espace libre est un disque, il peut être de diamètre compris entre 1 mm et 5 mm, mieux entre 2 mm et 4 mm, étant par exemple de l’ordre de 3 mm.
Les bords du canal d'amenée, au niveau de la portion de pulvérisation peuvent présenter des portions courbes, notamment des bosses et/ou des creux. Un creux correspond à une augmentation de la largeur du canal et une bosse correspond à une réduction de la largeur du canal. Les bords du canal peuvent présenter une alternance de creux et de bosses. Par exemple, les bords du canal, au niveau de la portion de pulvérisation, peuvent présenter chacun entre 1 et 5 bosses, notamment 2 bosses. Les bords du canal, au niveau de la portion de pulvérisation, peuvent présenter chacun entre 1 et 5 creux, notamment 2 creux. Dans un mode privilégié de l'invention, les bords du canal présentent chacun deux creux et deux bosses.
La distance entre deux picots peut être sensiblement la même que la distance entre un picot et une bosse adjacente à ce picot. Les creux peuvent présenter des rayons de courbures différents. Par exemple au moins un des creux peut présenter un rayon de courbure supérieur aux autres creux. Ainsi, les bords du canal peuvent comporter des petits creux et des grands creux. Le rayon de courbure des petits creux peut être compris entre 0,2 mm et 3 mm, mieux entre 0,5 mm et 2 mm, étant par exemple de l’ordre de 1 mm. Le rayon de courbure des grands creux peut être compris entre 1 mm et 5 mm, mieux entre 2 mm et 4 mm, étant par exemple de l’ordre de 3 mm. Un grand creux peut être disposés entre deux bosses.
Les bosses peuvent toutes avoir le même rayon de courbure. Le rayon de courbure des bosses peut être égal à celui du ou des petits creux. Le rayon de courbure des bosses peut être compris entre 0,2 mm et 3 mm, mieux entre 0,5 mm et 2 mm, étant par exemple de l’ordre de 1 mm. Les bosses peuvent être alignées avec un ou plusieurs picots. En variante les bosses peuvent être décalées, notamment légèrement, par rapport à un ou plusieurs picots. La distance h5 entre le centre d'une bosse et le centre d'un petit creux adjacent est comprise entre 0,5 mm et 5 mm, mieux entre 1 mm et 3 mm, étant par exemple de l’ordre de 1,7 mm.
Les creux permettent de ménager un espace suffisant autour des picots pour permettre la fabrication du flasque par fonderie. Grâce à ces espaces, il est possible d'utiliser des picots suffisamment larges sans risque que les picots ne cassent et que le moule utilisé soit suffisamment résistant.
L'alternance de creux et de bosses permet d'orienter le flux de fluide de refroidissement dans le canal et en particulier de faire en sorte qu'il soit bien projeté sur les picots afin que le brouillard de gouttelettes puisse se former.
Le rapport entre le rayon de courbure des grands creux et le diamètre des picots peut être compris entre 0,2 et 3, mieux entre 1 et 2, étant par exemple de l’ordre de 1,33.
La distance 12 entre les dessus de deux bosses disposées face à face peut être compris entre 1 mm et 10 mm, mieux entre 3 mm et 8 mm, étant par exemple de l’ordre de 6 mm.
La distance 13 entre les fonds de deux petits creux disposés face à face peut être comprise entre 3 mm et 12 mm, mieux entre 4 mm et 10 mm, étant par exemple de l’ordre de 7,5 mm. Le rapport de la distance 12 entre les dessus de deux bosses disposées face à face sur le diamètre des picots peut être compris entre 1 et 6, mieux entre 1,5 et 5, étant par exemple de l’ordre de 3.
La distance 13 entre le fond d'un petit creux et un rétrécissement d'un conduit d' amenée peut être comprise entre 3 mm et 12 mm, mieux entre 5 mm et 10 mm, étant par exemple de l’ordre de 7,8 mm.
Une surface de la section transversale de la portion de pulvérisation peut être comprise entre 3 mm2 et 30 mm2, mieux entre 5 mm2 et 25 mm2, étant par exemple de l’ordre de 15 mm2. La surface de la section transversale de la portion de pulvérisation est calculée en déduisant celle des picots éventuels. La forme de la section transversale de la portion de pulvérisation peut être de forme rectangulaire, carrée, circulaire, demi-lune ou autre encore, cette liste n’étant pas limitative.
La portion de pulvérisation peut être de préférence située dans les deux derniers cinquièmes du canal d’ amenée, lorsque l’on se déplace dans le sens de circulation du liquide de refroidissement, mieux dans un dernier tiers, voir dans un dernier quart du canal d’ amenée.
La longueur D2 du canal d’ amenée est mesurée entre l’entrée de celui-ci dans le bas du flasque, au niveau de l’arbre, et le haut du flasque, au niveau de l’entrefer. La longueur D2 du canal d’ amenée peut être comprise entre 20 mm et 100 mm, mieux entre 25 mm et 80 mm, étant par exemple de l’ordre de 33 mm.
La longueur D du canal d’ amenée avant la portion de pulvérisation peut être comprise entre 10 mm et 50 mm, mieux entre 15 mm et 40 mm, étant par exemple de l’ordre de 26 mm.
Un rapport D/D2 peut être compris entre 0,5 et 1, mieux entre 0,6 et 0,9, étant par exemple de l’ordre de 0,8.
Les bords des canaux d' amenée situés entre l'entrée et la portion de pulvérisation peuvent être convexes. En variante, les bords des canaux d'amenée situés entre l'entrée et la portion de pulvérisation peuvent être sensiblement rectilignes. Lorsque les bords des canaux d'amenée situés entre l'entrée et la portion de pulvérisation sont sensiblement rectilignes, les bords peuvent être incliné d'un angle g par rapport à un plan contenant l'axe de rotation de la machine et tangent à un rétrécissement du conduit d'amenée. L'angle d'inclinaison g peut être compris entre 15 0 et 30 °, mieux entre 20 0 et 25 °, par exemple de l'ordre de 22,5 °. Une telle inclinaison permet d'orienter le flux de fluide de refroidissement en particulier vers les picots les plus éloignés de l'axe de rotation de la machine.
Le flasque peut comporter une portion terminale évasée, notamment située après la portion de pulvérisation, lorsque l’on se déplace dans le sens de circulation du liquide de refroidissement. La portion terminale évasée débouche sur la tranche extérieure du flasque. Elle permet d’orienter le liquide de refroidissement vers le stator, et notamment les conducteurs électriques de celui-ci, et en particulier les têtes de bobines.
La portion terminale évasée comporte un fond incliné d’un angle a par rapport à un plan perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor. L’angle a peut être compris entre 2° et 30°, mieux entre 10° et 20°, étant par exemple de l’ordre de 15°. Ce fond incliné permet de donner accès au liquide de refroidissement jusqu’à l’extrémité du flasque.
La portion terminale évasée peut former un angle d’évasement b dans ce plan perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor. L’angle d’évasement b peut être compris entre 10° et 50°, mieux entre 20° et 40°, étant par exemple de l’ordre de 30°. L’angle d’évasement b permet d’avoir une zone plus ou moins large d’arrosage de liquide de refroidissement sur les têtes de bobines.
La portion terminale évasée peut comporter une encoche disposée sur la tranche du flasque et orientée radialement. Cette encoche permet de faciliter l'orientation et l'indexation du flasque.
L’invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un flasque de rotor de machine électrique tournante, comportant un ou plusieurs canaux d’ amenée d’un liquide de refroidissement alimentés depuis un paquet de tôles ro toriques du rotor, au moins un canal d’ amenée comportant une portion de pulvérisation du liquide de refroidissement, cette portion de pulvérisation étant disposée dans la deuxième moitié du canal d’ amenée, lorsque l’on se déplace dans le sens de circulation du liquide de refroidissement, le flasque comportant en outre au moins un canal d’ amenée comportant un rétrécissement de section transversale, la section transversale du canal d’ amenée diminuant puis augmentant lorsque l’on s’éloigne de l’axe de rotation de la machine. Le rétrécissement peut notamment être situé dans une première moitié du canal d’ amenée, lorsque l’on se déplace dans le sens de circulation du liquide de refroidissement. Le rétrécissement et la portion de pulvérisation peuvent être séparés par une portion de canal dans laquelle la section transversale du canal d’ amenée est plus large que dans le rétrécissement et dans la portion de pulvérisation.
Le flasque peut comporter au moins un canal d’ amenée comportant une portion de pulvérisation du liquide de refroidissement, cette portion de pulvérisation étant disposée dans la deuxième moitié du canal d’ amenée, lorsque l’on se déplace dans le sens de circulation du liquide de refroidissement, ainsi qu’un rétrécissement de section transversale, la section transversale du canal d’ amenée diminuant puis augmentant lorsque l’on s’éloigne de l’axe de rotation de la machine.
Rotor
L’invention a encore pour objet un rotor comportant un paquet de tôles rotoriques et au moins un flasque tel que défini précédemment. Le flasque peut être disposé à une extrémité du paquet de tôles rotoriques.
Dans un mode de réalisation, l’invention a pour objet un rotor comportant un paquet de tôles rotoriques et deux flasques chacun disposé à une extrémité du paquet de tôles rotoriques.
Au moins un canal axial de distribution du liquide de refroidissement vers le ou les flasques peut être formé dans le paquet de tôles rotoriques ou entre le paquet de tôles rotoriques et l’arbre, le long du celui-ci. Ce ou ces canaux axiaux de distribution peuvent traverser axialement au moins une partie des tôles du paquet de tôles rotoriques. La circulation du liquide de refroidissement dans le rotor peut être symétrique par rapport à un plan perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor.
Le ou chaque canal d’ amenée et/ou G évidemment annulaire et/ou la ou les portions évasées peuvent faire face à au moins un canal axial de distribution du paquet de tôles rotoriques.
Le rotor peut comporter des aimants permanents insérés dans le paquet de tôles rotoriques. Il peut comporter 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, il peut s’agir d’un rotor bobiné ou 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.
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.
La masse magnétique rotorique peut comporter des pôles saillants. Les pôles peuvent être d’un seul tenant avec le reste de la masse rotorique, ou rapportés sur celle-ci.
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 des 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.
La masse rotorique peut présenter un contour extérieur qui est circulaire ou multilobé, une forme multilobée pouvant être utile par exemple pour réduire les ondulations de couple ou les harmoniques de courant ou de tension. 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).
Le liquide de refroidissement peut être de l’huile. Le liquide de refroidissement peut circuler dans les logements des aimants permanents, ou entre l’arbre et le paquet de tôles. Le liquide de refroidissement peut être en contact direct avec les aimants permanents du rotor sur une partie d’une surface externe desdits aimants permanents, de sorte à avoir une captation des calories à évacuer de manière optimale et protéger ainsi les aimants permanents du rotor. On entend par « contact direct » un contact physique avec la surface externe des aimants permanents, qui peut éventuellement être recouverte d’un vernis de protection.
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 10000 tr/min, mieux supérieure à 12000 tr/min, étant par exemple de l’ordre de 14000 tr/min à 15 000 tr/min, voire même de 20000 tr/min ou de 24000 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 40000 tr/min, mieux inférieure à 30 000 tr/min.
L’invention peut convenir tout particulièrement pour des machines de forte puissance.
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.
Le ou les canaux d’ amenée peuvent déboucher en regard de têtes de bobines du stator. Les têtes de bobines du stator sont les parties des conducteurs électriques du stator qui dépassent de la masse statorique.
La machine peut comporter un arbre parcouru sur au moins une partie de sa longueur par un canal interne de fourniture du liquide de refroidissement. L’arbre peut ne pas être parcouru sur toute sa longueur par un flux de liquide de refroidissement dans un seul sens. Au contraire, il peut être parcouru par un flux de liquide de refroidissement sur environ une moitié de sa longueur. Le canal interne de l’arbre peut comporter une première portion axiale sur une moitié de la longueur de l’arbre, et une deuxième portion radiale configurée pour conduire le liquide de refroidissement de la première portion vers le paquet de tôles, et en particulier vers le canal axial de distribution du liquide de refroidissement formé dans le paquet de tôles rotoriques ou entre le paquet de tôles rotoriques et l’arbre, le long du celui- ci.
Les encoches peuvent être au moins partiellement fermées. 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.
Procédés
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.
L’invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un procédé de refroidissement d’une machine électrique tournante telle que définie plus haut. Le procédé de refroidissement peut comporter l’étape suivante : faire circuler le liquide de refroidissement dans des sens opposés au sein du rotor, puis projeter sur les têtes de bobines du stator le liquide de refroidissement.
Brève description des dessins
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel :
[Fig 1] La figure 1 est une vue en coupe longitudinale, schématique et partielle, d’un rotor réalisé conformément à l’invention.
[Fig 2] Fa figure 2 est une vue de face d’un flasque du rotor de la figure 1.
[Fig 3] Fa figure 3 une vue en coupe, schématique et partielle, du flasque de la figure 2.
[Fig 4] Fa figure 4 est une vue analogue à la figure 1 d’une variante de réalisation. [Fig 5] La figure 5 est une vue de face d’un flasque du rotor de la figure 4.
[Fig 6] La figure 6 une vue en coupe, schématique et partielle, du flasque de la figure 5.
[Fig 7] La figure 7 est une vue de détails, en coupe, du flasque des figures 4 à 6. [Fig 8] La figure 8 est une vue de détails, en coupe, du flasque des figures 4 à 6. [Fig 9a] La figure 9a est une vue analogue à la figure 8 d’une variante de réalisation.
[Fig 9b] La figure 9b est une vue analogue à la figure 8 d’une variante de réalisation.
[Fig 9c] La figure 9c est une vue analogue à la figure 8 d’une variante de réalisation.
[Fig 9d] La figure 9d est une vue analogue à la figure 8 d’une variante de réalisation.
[Fig 10a] La figure 10a est une vue analogue à la figure 8 d'une variante de réalisation.
[Fig 10b] La figure 10b est une vue en perspective du flasque de la figure 10a. [Fig 10c] La figure 10c est une autre vue en perspective du flasque de la figure
10a.
[Fig lOd] La figure lOd est une vue analogue à la figure 6 du flasque de la figure
10a.
[Fig lia] La figure lia est une vue analogue à la figure 10a d'une variante de réalisation.
[Fig 1 lb] La figure 1 lb est une vue en perspective du flasque de la figure lia. [Fig 12] La figure 12 est une vue en coupe, schématique et partielle, d’un flasque selon une variante de réalisation.
Description détaillée
Sur les figures et dans la suite de la description, les mêmes références représentent des éléments identiques ou similaires.
On a illustré aux figures 1 à 3 un rotor intérieur 1 de machine électrique tournante, comportant également un stator extérieur 2. Le stator 2 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 conducteurs électriques 4 du stator 2.
Le rotor 1 représenté à la figure 1 comporte une masse magnétique rotorique 3 s’étendant axialement selon l’axe de rotation X du rotor, cette masse rotorique étant formée par un paquet de tôles ro toriques magnétiques 8 empilées selon l’axe X, les tôles étant par exemple identiques et superposées exactement. Les tôles magnétiques sont de préférence en acier magnétique. Toutes les nuances d’acier magnétique peuvent être utilisées.
La masse rotorique 3 comporte une ouverture centrale pour le montage sur un arbre 5. 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.
Conformément à l’invention, le rotor 1 comporte deux flasques 10 chacun disposé à une extrémité du paquet de tôles rotoriques 8.
Chacun des flasques 10 comporte deux canaux d’ amenée 12 d’un liquide de refroidissement, tous deux orientés radialement et alimentés depuis le paquet de tôles rotoriques du rotor. Ces deux canaux d’amenée 12 sont disposés à 180°, comme visible sur la figue 2, et ils sont alimentés depuis un canal axial de distribution 13 du liquide de refroidissement vers le flasque qui est formé entre le paquet de tôles rotoriques 3 et l’arbre 5, le long du celui-ci. Ce canal axial de distribution 13 est alimenté par un canal central 51 de l’arbre 5, qui communique avec des canaux radiaux 52. La circulation du liquide de refroidissement dans le rotor est ainsi symétrique par rapport à un plan perpendiculaire à l’axe de rotation X du rotor.
Les canaux d’amenée 12 des flasques 10 comportent chacun une entrée 12a du côté de l’axe de rotation X du rotor 1, lesdites entrées étant reliées entre elles à une extrémité radialement intérieure par un évidemment annulaire 14. L’évidemment annulaire 14 sert à collecter le liquide de refroidissement provenant du rotor, et à le répartir dans les deux canaux d’amenée du flasque. La différence entre le diamètre intérieur et extérieur de cet évidemment est dans l’exemple décrit de l’ordre de 3,5 mm.
Les canaux d’amenée 12 comportent en outre une sortie 12b du côté opposé, au niveau des têtes de bobines des conducteurs électriques 4. Les sorties 12b sont disposées à la périphérie du flasque, sur une tranche radialement extérieure du flasque, et orientées radialement vers l’extérieur, permettant la projection du liquide de refroidissement sur le stator. Les sorties sont formées en creux sur une face du flasque tournée vers le paquet de tôles rotoriques 3, comme visible sur la figure 1. Dans l’exemple décrit, chaque flasque comporte deux sorties 12b, réparties autour du flasque à 180°.
Le ou les canaux sont formés dans l’épaisseur du flasque, plus précisément en creux sur une face du flasque tournée vers ledit paquet de tôles rotoriques 8.
Chacun des deux canaux 12 comporte en outre un rétrécissement 15 de sa section transversale, la section transversale du canal d’ amenée 12 diminuant puis augmentant lorsque l’on s’éloigne de l’axe de rotation X, ce qui permet de limiter le débit du liquide de refroidissement, et ainsi de favoriser une bonne répartition de celui-ci dans le rotor, et de part et d’autre de celui-ci.
La surface de la section transversale du rétrécissement 15 peut être dans l’exemple décrit de l’ordre de 1,7 mm2.
Le rétrécissement 15 est situé dans une première moitié du canal d’ amenée, lorsque l’on se déplace dans le sens de circulation du liquide de refroidissement, à proximité de l’ évidemment annulaire 14.
Une face extérieure de chaque flasque a une inclinaison orientée vers l’arbre 5, ce qui permet de limiter la présence de liquide de refroidissement dans l’entrefer et favoriser sa projection vers des conducteurs électriques de la machine.
Par ailleurs, chaque canal d’ amenée 12 comporte une portion de pulvérisation 18 du liquide de refroidissement, cette portion de pulvérisation 18 étant disposée dans la deuxième moitié du canal d’ amenée, lorsque l’on se déplace dans le sens de circulation du liquide de refroidissement. La portion de pulvérisation 18 permet d’éclater le flux de liquide de refroidissement, et ainsi de favoriser la création d’un brouillard de gouttelettes. Dans la portion de pulvérisation 18, la section transversale du canal d’ amenée diminue puis augmente lorsque l’on s’éloigne de l’axe de rotation de la machine.
Dans l’exemple décrit, la portion de pulvérisation 18 comporte une portion de canal ménagée à 360° dans le flasque, qui peut être obtenue par perçage. Cette portion de canal a ici une longueur 1 de l’ordre de 2,5 mm. Une plus grande dimension e transversale de ce canal est de l’ordre de 2,5 mm.
Dans l’exemple décrit, elle s’étend selon un axe longitudinal qui s’étend dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor. En variante, son axe longitudinal pourrait être incliné par rapport à ce plan perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor. Dans une variante de réalisation illustrée aux figures 4 à 8, la portion de pulvérisation du canal d’ amenée comporte des picots 20 disposés en travers du flux de liquide de refroidissement. Ces picots 20 sont moulés, venus de fonderie avec le reste du flasque.
Les picots 20 sont dans l’exemple décrit orientés parallèlement à un axe de rotation du rotor et perpendiculairement à un axe longitudinal du canal d’ amenée 12.
Les picots 20 sont de forme générale cylindrique de révolution, et en section transversale de forme générale en disque, comme visible sur la figure 5. Ils sont en outre plats à leur extrémité libre, afin de favoriser un bon contact avec les tôles du paquet de tôles.
Les picots 20 sont dans cet exemple disposés en deux rangées, ici respectivement de deux et trois picots, et en quinconce. L’écart d entre deux picots, mesuré entre leurs axes longitudinaux, est de l’ordre de 1 mm, comme illustré sur la figure 8. Les picots sont dans cet exemple disposés en quinconce régulier, un picot étant disposé à égale distance de tous les picots les plus proches, dans toutes les directions. L’écart dl entre deux rangées de picots, mesuré entre leurs axes longitudinaux, est de l’ordre de 1,7 mm.
En variante, les picots pourraient être disposés autrement.
Dans l’exemple de la figure 9a, ils sont disposés en trois rangées, ici respectivement de un, deux et trois picots, et en quinconce régulier comme sur la figure 8, avec un écartement dl entre deux rangées de picots qui est ici de l’ordre de 1,7 mm.
En variante, la portion de pulvérisation 18 peut ne comporter qu’une seule rangée, comme illustré à la figure 9b, qui comporte une rangée unique de trois picots.
En variante encore, les picots peuvent être disposés en quinconce irrégulier, avec des rangées écartées d’un plus grand écart d2, comme illustré sur les figures 9c et 9d. L’écart d2 peut être ici de l’ordre de 3,7 mm. Dans l’exemple de la figure 9c, on a deux rangées de trois et quatre picots, et dans l’exemple de la figure 9d, on a trois rangées de 3, 4 et 5 picots.
Sur tous ces exemples, une surface de la section transversale de la portion de pulvérisation peut être comprise entre 3 mm2 et 30 mm2, étant par exemple de l’ordre de 15 mm2. Elle est calculée en déduisant celle des picots éventuels.
Dans tous ces exemples également, la portion de pulvérisation est située dans les deux derniers cinquièmes du canal d’ amenée, de longueur D2, lorsque l’on se déplace dans le sens de circulation du liquide de refroidissement. La longueur D2 du canal d’ amenée est mesurée entre l’entrée de celui-ci dans le bas du flasque, au niveau de l’arbre, et le haut du flasque, au niveau de l’entrefer, comme illustré sur la figure 8 par exemple.
La longueur D du canal d’ amenée avant la portion de pulvérisation est de l’ordre de 26 mm. Un rapport D/D2 est par exemple de l’ordre de 0,8.
Par ailleurs, dans la variante de réalisation des figures 4 à 8, les entrées 12a ne sont pas reliées entre elles, mais chaque canal d’ amenée comporte une portion d’entrée 12a évasée en direction de l’axe de rotation du rotor. Les deux portions d’entrée évasée 12a permettent de collecter le liquide de refroidissement provenant du rotor. L’aire de la portion d’entrée évasée 12a mesurée dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor est dans l’exemple décrit de l’ordre de 30 mm2.
Dans cet exemple, la surface de la section transversale du rétrécissement 15 est de l’ordre de 2,4 mm2. La forme de la section transversale du rétrécissement est dans cet exemple de forme sensiblement rectangulaire, comme illustré sur la figure 7. En variante, il pourrait être de forme carrée, circulaire, demi-lune ou autres encore, cette liste n’étant pas limitative.
Par ailleurs, le canal d’ amenée 12 comporte une portion terminale 12b évasée, située après la portion de pulvérisation, lorsque l’on se déplace dans le sens de circulation du liquide de refroidissement. La portion terminale évasée 12b débouche sur la tranche extérieure du flasque. Elle comporte un fond incliné d’un angle a par rapport à un plan perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor, comme illustré sur la figure 6. L’angle a est ici de l’ordre de 15°. La portion terminale évasée forme également un angle d’évasement b dans ce plan perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor, comme visible sur la figure 8. L’angle d’évasement b est ici de l’ordre de 30°.
Dans l'exemple des figures 10a, 10b, 10c et lOd, la portion de pulvérisation 18 comporte quatre picots 20 répartis en trois rangées. La première et la troisième rangée comportent chacune un picot 20 et la deuxième rangée comporte deux picots 20. L'écart h2 entre la première et la deuxième rangée est de G ordre de 4,5 mm. L'écart h3 entre la deuxième et la troisième rangée est de l’ordre de 3,5 mm. L'écart entre la première et la deuxième rangée est supérieure à l'écart entre la deuxième et la troisième rangée, les picots 20 sont donc disposés en quinconce irrégulier. Le picot 20 de la troisième rangée comporte deux ailettes.
Le diamètre D' des picots est de l'ordre de 2 mm. Dans ce mode de réalisation, le canal d'amenée comporte en outre un rétrécissement 15 de sa section transversale. Ce rétrécissement est disposé entre l'entrée 12a du canal et la portion de pulvérisation 18.
Chaque picot présente autour de sa périphérie un espace libre 21, c’est-à-dire un espace où il n'y a pas d'autres picots ou un bord du canal. Cet espace libre a la forme d'un disque centré sur le picot et de diamètre de l’ordre de 3 mm.
Les bords 121 du canal au niveau de la portion de pulvérisation présentent chacun un grand creux 31, un petit creux 32 et deux bosses 30,30'.
Les trois picots de la deuxième et la troisième rangées sont disposés à une distance égale les uns des autres. La distance entre les picots est égale à la distance entre chaque picot et la bosse 30, 30’ adjacente. Ainsi, il n’y a pas de passage privilégié pour le fluide de refroidissement dans le canal d’amenée. Le rayon de courbure Ra du petit creux 32 est de l'ordre de 1 mm. Le rayon de courbure Rb du grand creux 31 est de l'ordre de 3 mm. Le petit creux 32 est plus proche de l'axe de rotation X que le grand creux 31. Pour chaque bord 121, le grand creux 31 est disposé entre les deux bosses 30,30'. Le petit creux 32 permet d'orienter le flux de fluide de refroidissement vers les deux picots de la deuxième rangée afin qu'il soit cassé pour former un brouillard de gouttelettes.
Les bosses 30,30' ont toutes le même rayon de courbure Ra' qui est de l’ordre de 1 mm. La bosse 30 la plus éloignée de l'axe X de rotation de la machine est alignée avec le picot 20 de la troisième rangée. En revanche, la bosse 30' la plus proche de l'axe X de rotation de la machine est légèrement décalée par rapport au picot de la première rangée. Le rayon de courbure Ra des petits creux est ici égal au rayon de courbure Ra' des bosses.
La distance h5 entre le centre de la bosse 30' la plus proche de l'axe de rotation de la machine et le centre du petit creux 32 adjacent est de l’ordre de 1,7 mm.
La portion terminale évasée de la sortie 12b comporte une encoche 40 disposée sur la tranche du flasque et orientée radialement pour faciliter l'orientation et l'indexation du flasque. Dans ce mode de réalisation, les bords 120 du canal d'amenée situés entre l'entrée 12a et la portion de pulvérisation 18 sont convexes.
Le rapport entre le rayon de courbure Rb des grands creux et le diamètre D' des picots est compris entre 0,2 et 3, mieux entre 1 et 2, étant par exemple de l’ordre de 1,33. La distance 12 entre les dessus des deux bosses les plus proche de l'axe X de rotation qui sont face à face est comprise entre 1 mm et 10 mm, mieux entre 3 mm et 8 mm, étant par exemple de l’ordre de 6 mm.
La distance 13 entre les fonds des deux petits creux les plus proche de l'axe X de rotation qui sont face à face est comprise entre 3 mm et 12 mm, mieux entre 4 mm et 10 mm, étant par exemple de l’ordre de 7,5 mm.
Le rapport de la distance 12 entre les dessus des deux bosses les plus proche de l'axe X de rotation sur le diamètre D' des picots 20 est compris entre 1 et 6, mieux entre 1,5 et 5, étant par exemple de l’ordre de 3.
La distance hl entre la première rangée de picot et l'axe de rotation du rotor est de l’ordre de 30 mm. La distance 11 entre les centres des deux picots 20 de la deuxième rangée est de l’ordre de 4 mm.
La distance h4 entre le centre du picot de la première rangée et la première bosse 30' est comprise entre 0,2 mm et 3 mm, mieux entre 0,5 mm et 2 mm, par exemple est de l’ordre de 1 mm.
L'écart 14 entre le fond du petit creux 32 et le rétrécissement 15 est compris entre 1 mm et 7 mm, mieux entre 2 mm et 5 mm, étant par exemple de l’ordre de 3 mm
La distance h6 entre le fond du petit creux le plus proche de l'axe X de rotation et le rétrécissement est comprise entre 3mm et 12mm, mieux entre 5mm et 10mm, étant par exemple de l’ordre de 7,8mm.
Dans le mode de réalisation des figures lia et 11b, contrairement à celui des figures 10a à lOd, les bords 120 du canal d'amenée situés entre l'entrée 12a et la portion de pulvérisation 18 sont sensiblement rectiligne.
Les bords 120 du canal d'amenée sont incliné d'un angle g par rapport à un plan P contenant l'axe de rotation de la machine. Dans l'exemple représenté, cet angle g est de l'ordre de 22,5°.
On a illustré à la figure 12 une vue en coupe d’un flasque selon une variante de réalisation. Les canaux d’amenée 12 du flasque 10 comportent chacun une entrée 12a du côté de l’axe de rotation X du rotor 1. Ces entrées sont reliées entre elles à une extrémité radialement intérieure par un évidemment annulaire 14. Dans ce mode de réalisation, le fond 140 de l’évidement annulaire est oblique. Le fond de l’évidemment annulaire ne présente pas d’angle droit, contrairement à l’exemple de réalisation de la figure 6. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits.
Par exemple, on peut réaliser le rotor avec d’autres passages de liquide de refroidissement, par exemple orientés radialement à mi-longueur environ du paquet ou au contact des aimants.

Claims

Revendications
1. Flasque (10) de rotor de machine électrique tournante, comportant un ou plusieurs canaux d’amenée (12) d’un liquide de refroidissement alimentés depuis un canal formé dans un paquet de tôles rotoriques (8) ou dans un arbre du rotor (1) ou entre le paquet de tôles rotoriques et l'arbre, au moins un canal d’amenée (12) comportant un rétrécissement (15) de section transversale, la section transversale du canal d’amenée diminuant puis augmentant lorsque l’on s’éloigne de l’axe de rotation (X) de la machine, le ou les canaux d’amenée (12) débouchant sur des sorties (12b) disposées à la périphérie du flasque, par lesquelles le liquide de refroidissement est projeté sur un stator (2) de la machine.
2. Flasque (10) de rotor de machine électrique tournante, comportant un ou plusieurs canaux d’amenée (12) d’un liquide de refroidissement alimentés depuis un canal formé dans un paquet de tôles rotoriques (8) ou dans un arbre du rotor (1) ou entre le paquet de tôles rotoriques et l'arbre, au moins un canal d’amenée (12) comportant un rétrécissement (15) de section transversale, la section transversale du canal d’amenée diminuant puis augmentant lorsque l’on s’éloigne de l’axe de rotation (X) de la machine, le ou les canaux d’amenée étant formés au moins partiellement en creux sur une face du flasque tournée vers ledit paquet de tôles rotoriques.
3. Flasque (10) de rotor de machine électrique tournante, comportant un ou plusieurs canaux d’amenée (12) d’un liquide de refroidissement alimentés depuis un canal formé dans un paquet de tôles rotoriques (8) ou dans un arbre du rotor (1) ou entre le paquet de tôles rotoriques et l'arbre, au moins un canal d’amenée (12) comportant un rétrécissement (15) de section transversale, la section transversale du canal d’amenée diminuant puis augmentant lorsque l’on s’éloigne de l’axe de rotation (X) de la machine, les canaux d’amenée (12) comportant chacun une entrée (12a) du côté de l’axe de rotation (X) du rotor, lesdites entrées (12a) étant reliées entre elles à une extrémité radialement intérieure par un évidemment annulaire (14), la différence entre les diamètres intérieur et extérieur de l'évidemment annulaire (14) étant comprise entre 1 mm et 6 mm, mieux entre 2 mm et 5 mm, étant par exemple de l’ordre de 3,5 mm.
4. Flasque selon l’une des trois revendications précédentes, le ou les canaux d’ amenée (12) étant formés au moins partiellement dans l’épaisseur du flasque (10).
5. Flasque selon la revendication 2, 3 ou 4, le ou les canaux d’ amenée (12) débouchant sur des sorties (12b) disposées à la périphérie du flasque, par lesquelles le liquide de refroidissement est projeté sur un stator (2) de la machine.
6. Flasque selon la revendication 1 ou 5 , les sorties (12b) étant orientées radialement vers l’extérieur.
7. Flasque selon l’une quelconque des revendications précédentes, les canaux d’ amenée (12) étant orientés radialement.
8. Flasque selon l’une quelconque des revendications précédentes, à l’exception de la revendication 3, les canaux d’ amenée (12) comportant chacun une entrée (12a) du côté de l’axe de rotation (X) du rotor, lesdites entrées (12a) étant reliées entre elles à une extrémité radialement intérieure par un évidemment annulaire (14).
9. Flasque selon la revendication précédente, la différence entre les diamètres intérieur et extérieur de l'évidemment annulaire (14) étant comprise entre 1 mm et 6 mm, mieux entre 2 mm et 5 mm, étant par exemple de l’ordre de 3,5 mm.
10. Flasque selon l’une quelconque des revendications précédentes, une face extérieure du flasque (10) étant configurée pour limiter la présence de liquide de refroidissement dans l’entrefer et favoriser sa projection vers des conducteurs électriques de la machine.
11. Flasque selon l’une quelconque des revendications précédentes, étant une pièce de fonderie, étant notamment réalisé en aluminium ou alliage d’aluminium, notamment par fonderie sous pression.
12. Rotor de machine électrique tournante, comportant un paquet de tôles rotoriques (8) et au moins un flasque (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
13. Rotor selon la revendication précédente, au moins un canal axial (13) de distribution du liquide de refroidissement vers le flasque étant formé dans le paquet de tôles rotoriques (8) ou entre le paquet de tôles rotoriques (8) et l’arbre (5), le long du celui-ci.
14. Rotor selon la revendication précédente, le ou chaque canal d’ amenée (12) et/ou l’évidemment annulaire (14) et/ou la ou les portions évasées (12b) faisant face à au moins un canal axial de distribution (13) du paquet de tôles rotoriques.
15. Machine électrique tournante comportant un rotor (1) selon l’une quelconque des trois revendications précédentes, et un stator (2), le ou les canaux d’ amenée (12) débouchant notamment en regard de têtes de bobines (4) du stator (2).
16. Machine selon l’une des deux revendications précédentes, comportant un arbre (5) parcouru sur au moins une partie de sa longueur par un canal interne (51) de fourniture du liquide de refroidissement.
17. Procédé de refroidissement d’une machine électrique tournante telle que définie dans l’une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel on fait circuler le liquide de refroidissement dans des sens opposés au sein du rotor (1), puis l’on projette sur les têtes de bobines du stator (2) le liquide de refroidissement.
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