EP4309265A1 - Rotor de machine électrique tournante - Google Patents

Rotor de machine électrique tournante

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Publication number
EP4309265A1
EP4309265A1 EP22714191.8A EP22714191A EP4309265A1 EP 4309265 A1 EP4309265 A1 EP 4309265A1 EP 22714191 A EP22714191 A EP 22714191A EP 4309265 A1 EP4309265 A1 EP 4309265A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
claws
axis
rotation
0dibg
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
EP22714191.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Amar DJEBBAR
Mostafa Kadiri
Abdourahman ADEN DIRIYE
Guillaume Dufour
Florian VANDENBON
Nitin Devidas GOMARE
Christophe Monteil
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.)
Valeo Electrification SAS
Original Assignee
Valeo Equipements Electriques Moteur 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 Valeo Equipements Electriques Moteur SAS filed Critical Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Publication of EP4309265A1 publication Critical patent/EP4309265A1/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
    • H02K1/24—Rotor cores with salient poles ; Variable reluctance rotors
    • H02K1/243—Rotor cores with salient poles ; Variable reluctance rotors of the claw-pole type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/02—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • the present invention relates to a rotor of a rotating electrical machine, in particular for an alternator or an alternator-starter.
  • the invention finds particularly advantageous but not exclusive applications in the field of rotating electric machines for hybrid vehicles, in particular automobiles and, in particular, in the field of high-power reversible electric machines capable of operating in alternator mode and in motor mode coupled with a gearbox.
  • rotating electrical machines comprise a stator and rotor secured to a shaft.
  • the rotor may be integral with a driving and/or driven shaft and may belong to a rotating electrical machine in the form of an alternator, an electric motor, or a reversible machine that can operate in both modes.
  • a high-power reversible rotating electrical machine is coupled to the vehicle gearbox or to a train of the motor vehicle.
  • the electric machine is then able to operate in an alternator mode in particular to supply energy to the battery and/or to the on-board network of the vehicle, and in a motor mode, not only to ensure the starting of the combustion engine, but also to participate in the traction of the vehicle alone or in combination with the internal combustion engine.
  • the stator comprises a body made up of a stack of thin laminations forming a crown, the inner face of which is provided with slots open inwards to receive the phase windings. These windings pass through the slots in the stator body and form buns protruding from either side of the stator body.
  • the phase windings are obtained for example from a continuous wire covered with enamel or from conductive elements in the form of pins connected together by welding.
  • the rotor comprises two pole wheels each comprising a flange and at its outer periphery claws directed axially in the direction of the flange of the other pole wheel.
  • the claws of the pole wheels are nested with respect to each other.
  • a core is interposed axially between the flanges of the pole wheels.
  • This core carries at its outer periphery an excitation winding comprising a plurality of turns formed around an insulator inserted radially between the core and the winding.
  • Assemblies of this type are known from the prior art and are very widely used in motor vehicle alternators. A constant objective in this field is to reduce the temperature of the rotor during its operation.
  • the invention thus aims to provide a rotating electrical machine rotor with improved cooling.
  • the present invention aims to improve the existing device by proposing a rotating electrical machine rotor, in particular for an alternator or an alternator-starter of a motor vehicle, rotatably mounted around an axis of rotation and comprising:
  • an excitation winding comprising a plurality of turns mounted on a cylindrical core and fitted with an insulator, in which:
  • said rotor has first and second recesses so as to reveal axially at least one turn, preferably at least two, of the excitation winding,
  • an axial flow of air in the direction of the excitation winding makes it possible to reduce the temperature of the rotor without modifying the rotor/stator air gap in comparison with a rotor of the prior art which does not have such a ratio. .
  • the rotor has at least one completely empty space between at least one turn of the winding and an axial end face of the pole wheel facing this turn.
  • the terms "external” and “internal” as well as the “axial” and “radial” orientations will be used to designate, according to the definitions given in the description, elements of the rotor, of the stator and/or of the electric machine.
  • the "radial” orientation is directed orthogonally to the axial orientation.
  • the axial orientation refers, depending on the context, to the axis of rotation of the rotor, the stator and/or the electrical machine.
  • the "circumferential" orientation is directed orthogonally to the axial direction and orthogonal to the radial direction.
  • the recesses reveal axially between two and six turns of the excitation winding. Even more preferably, the recesses reveal axially between two and four turns of the excitation winding.
  • the first recesses are formed on at least one pole wheel.
  • the first recesses can be formed on the front pole wheel, the rear pole wheel or the two pole wheels.
  • the second recesses are formed on the insulation of the excitation winding.
  • the ratio R is less than 90%, preferably 88% and greater than or equal to 85%.
  • the inter-claw space has a first and a second surface of generally triangular shape, of which: - the base is tangent to the cylinder coaxial with the axis of rotation defining the external diameter of the rotor for the first surface and tangent to the cylinder coaxial with the axis of rotation defining the internal diameter of the claws for the second surface,
  • the sides are defined by two successive claws of the same pole wheel, in particular by two side faces facing each other of two claws, and - the top is defined by the tangent to the cylinder coaxial with the axis of rotation defining the internal diameter 0ig, wherein the ratio between the second and the first surface is greater than 15%, preferably greater than 17%.
  • the rotor comprises 8 pairs of poles.
  • the rotor can comprise 6 or 7 pairs of poles.
  • the invention also relates to a rotating electrical machine equipped with a rotor as described above.
  • the rotating electrical machine consists of an alternator, an alternator-starter, a reversible machine or an electric motor.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a rotor according to the present invention.
  • FIG. 2 shows a front view of the rotor according to the present invention illustrating the first and second recesses revealing axially at least one turn of the excitation winding.
  • FIG. 3 shows a longitudinal sectional view of the rotor of figure 1.
  • FIG. 4 shows a front view of a pole wheel of the rotor according to the present invention illustrating the internal diameter of the inter-claw space (0ig), the external diameter of the rotor (0od) and the internal diameter of the claws (0Dibg) .
  • FIG. 5 shows a partial longitudinal sectional view of the pole wheel of Figure 3.
  • FIG. 6 represents the areas S1 and S2 on a partial front view of the pole wheel of figure 4.
  • FIG. 1 represents a rotor 1 of a rotating electric machine for an alternator, an alternator-starter, a reversible machine or an electric motor rotatably mounted around an axis of rotation X-X'.
  • the rotor 1 is force-fitted onto a shaft 2 extending along the axis X-X', and secured thereto in rotation around the axis X-X' by splines carried by this shaft 2, these splines cooperating with grooves provided in the rotor 1.
  • the rotor 1 is a claw rotor comprising two pole wheels 8a, 8b.
  • Each pole wheel 8a, 8b comprises, as can be seen in FIG. 3, a cylindrical half-core 34 which carries at its outer periphery an excitation winding 10 comprising a plurality of turns 11.
  • This winding 10 is insulated from the core 34 by a insulation 20 interposed radially between these elements.
  • the insulator is made of electrically insulating material, advantageously of plastic material.
  • Each pole wheel 8a, 8b also comprises a disk flange 18 centered on the axis X-X', and substantially perpendicular to this axis and claws 9a, 9b directed axially in the direction of the flange 18 of the other pole wheel 8a, 8b.
  • the flange is pierced by a central bore receiving the shaft 2.
  • substantially radial means a direction forming an angle of between 80 and 100° with respect to the axis X -X'.
  • a core is made up of half-cores 34, each half-core being integral with one of the two pole wheels 8a, 8b.
  • the half-core 34 has a smaller outer diameter than the flange 18 and extends from a large axial face of the latter facing the opposite pole wheel.
  • the two half-cores 34 are placed axially in the extension of one another.
  • the core is pierced with a bore which receives the shaft 2.
  • the two half-cores 34 can be a single piece, and be independent of the pole wheels 8a, 8b.
  • the insulator 20 comprises a bottom 31 radially enveloping the core 34 and interposed between the winding 10 and the core 34, and two crowns 32 substantially perpendicular to the axis XX.
  • the bottom 31 is itself cylindrical and coaxial with the axis of rotation X-X'.
  • Rings 32 are integral with two opposite axial ends of the bottom and project radially outwards from these ends. These rings 32 are interposed axially on either side of the excitation winding 10, between the latter and the flanges 18 of the two pole wheels 8a, 8b.
  • Each crown 32 comprises petals (not visible in the figures) regularly spaced along a radially outer edge of this crown and folded axially between the winding 10 and the claws 9a, 9b.
  • the rotor 1 has first and second recesses 13, 14 so as to reveal axially at least one turn 11 of the excitation winding 10 as can be seen in particular in Figure 2.
  • the pole wheels 8a, 8b do not extend radially outside or beyond the entire periphery of the winding 10.
  • the winding 10 therefore has at least a part of an axial end not facing screw or a pole wheel 8a, 8b or insulation 20. This part is therefore composed of the turns 11 of the winding 10 which can be seen axially.
  • the rotor 1 has at least one empty space from any part between at least one turn 11 of the coil 10 and an axial end face of the pole wheel 8a, 8b facing this turn.
  • insulator 20 in particular the crowns 32, are of the mesh type and extend radially at least at the same height as the turn 11 located radially on the outside while revealing axially at least one turn 11.
  • At least one pole wheel 8a, 8b and the insulator 20 are shaped to reveal axially at least one turn 11.
  • the structure and/or the shape of at least one pole wheel 8a, 8b and/or insulation 20 are defined so as to reveal axially at least one turn 11 .
  • the first recesses 13 are formed on at least one pole wheel 8a, 8b.
  • the second recesses 14 are formed on the insulator 20 of the excitation winding 10, in particular on a crown 32.
  • the claws 9a, 9b also called teeth, have a trapezoidal shape.
  • the claws 9a, 9b of the same pole wheel 8a, 8b are secured to the flange 18 by respective bases 19 projecting radially from an outer edge of the flange 18 and extend axially from the bases 19.
  • poles 8a, 8b are angularly offset relative to each other so that each claw 9a, 9b of a pole wheel 8a, 8b is interposed between two adjacent claws of the other pole wheel 8a, 8b.
  • the claws 9a, 9b of the same pole wheel are mutually separated by inter-claw spaces 15 of inside diameter 0ig.
  • the diameter 0ig is also used to define the outer periphery of the flange 18.
  • the diameter 0ig defines the inner diameter of each inter-claw space 15 as well as the outer diameter of the flange 18.
  • we meet therefore alternately an inter-claw space 15 and a base 19.
  • the inter-claw spaces 15 are therefore delimited by two successive claws of a pole wheel, in particular the two side faces facing one of the other of two successive claws 9a or 9b respectively belonging to one and the other pole wheel 8a, 8b.
  • each inter-claw space 15 is delimited by an arcuate bottom at the level of the periphery of the flange 18, by the two full lateral sides of the bases 19 framing space 15, and by a radially outer open side.
  • the inter-claw spaces 15 form the first recesses 13.
  • the claws 9a, 9b have radially outer faces 38 falling within a cylinder coaxial with the axis of rotation X-X' and defining the outer diameter of the rotor 0od.
  • These faces 138 considered in planes perpendicular to the axis of rotation X-X', have respective widths which taper from the base 19 towards the opposite pole wheel.
  • the claws 9a, 9b also have radially inner faces 39, the slopes of which form with the respective bases 19 points of intersection ibg falling within a cylinder coaxial with the axis of rotation X-X' and defining the inner diameter of the claws 0Dibg.
  • a rotor according to the present invention R1
  • RF reference rotor
  • the ratio R is greater than or equal to 85%. In fact, beyond this ratio, the overhang of the holding of the claws would become too great.
  • the inter-claw space 15 has a first and a second surface of generally triangular shape S1, S2 including:
  • the base is tangent to the cylinder coaxial with the axis of rotation X-X' defining the external diameter of the rotor 0od for the first surface S1 and tangent to the cylinder coaxial with the axis of rotation X-X' defining the internal diameter of the 0Dibg claws for the second surface S2,
  • the sides are defined by two successive claws 9a, 9b of the same pole wheel 8a, 8b, in particular by two side faces facing each other of two claws 9a, 9b, and - the vertex is defined by the tangent to the cylinder coaxial with the axis of rotation X-X' defining the internal diameter 0ig.
  • Rotor R1 has an S2/S1 ratio of 17.75%.
  • each claw 9a, 9b is configured for mounting pole magnets 40.
  • each claw 9a, 9b comprises two grooves having a U-shaped profile and made in a side face of a claw.
  • the grooves are grooves for receiving the permanent magnets 40, which are for example of the rare-earth or ferrite type.
  • the choice of the type of magnet depends on the desired power of the electrical machine comprising the rotor 1.
  • the magnets can be made by molding, in particular by sintering.
  • the magnets 40 are parts made of a magnetic elasto-ferrite material.
  • the permanent magnets 40 here are generally parallelepipedic in shape and are mounted in the grooves, being dimensioned according to the grooves in order to penetrate into them.
  • the rotor 1 can comprise two fans each plated and welded on an axial face of the flange 18 of one of the pole wheels 8a, 8b, said face being turned in a direction opposite to the other wheel. The fans make it possible to create an air flow inside the rotor 1 for its cooling.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)
  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)

Abstract

L'invention concerne un rotor (1) de machine électrique tournante monté rotatif autour un axe de rotation (X-X') et comprenant : - deux roues polaires (8a, 8b) comportant chacune un flasque (18) et des griffes (9a, 9b) dirigées axialement en direction du flasque (18) de l'autre roue polaire (8a, 8b), - un bobinage d'excitation (10) comprenant une pluralité de spires (11) monté sur un noyau cylindrique (34) et muni d'un isolant (20), ledit rotor (1) présentant des premiers et seconds évidements (13, 14) de manière à laisser apparaitre axialement au moins une spire (11) du bobinage d'excitation (10).

Description

Description
Titre de l'invention : Rotor de machine électrique tournante
La présente invention porte sur un rotor de machine électrique tournante, notamment pour un alternateur ou un alterno-démarreur. L'invention trouve des applications particulièrement avantageuses mais non exclusives dans le domaine des machines électriques tournantes pour véhicule hybride, notamment automobiles et, en particulier, dans le domaine des machines électriques réversibles de forte puissance pouvant fonctionner en mode alternateur et en mode moteur accouplées avec une boîte de vitesses.
De façon connue en soi, les machines électriques tournantes comportent un stator et rotor solidaire d’un arbre. Le rotor pourra être solidaire d’un arbre menant et/ou mené et pourra appartenir à une machine électrique tournante sous la forme d'un alternateur, d'un moteur électrique, ou d'une machine réversible pouvant fonctionner dans les deux modes.
Dans certains types de chaînes de traction de véhicule automobile, une machine électrique tournante réversible de forte puissance est accouplée à la boîte de vitesses du véhicule ou à un train du véhicule automobile. La machine électrique est alors apte à fonctionner dans un mode alternateur pour fournir notamment de l’énergie à la batterie et/ou au réseau de bord du véhicule, et dans un mode moteur, non seulement pour assurer le démarrage du moteur thermique, mais également pour participer à la traction du véhicule seule ou en combinaison avec le moteur thermique.
Le stator comporte un corps constitué par un empilage de tôles minces formant une couronne, dont la face intérieure est pourvue d’encoches ouvertes vers l’intérieur pour recevoir les enroulements de phase. Ces enroulements traversent les encoches du corps du stator et forment des chignons faisant saillie de part et d’autre du corps du stator. Les enroulements de phase sont obtenus par exemple à partir d’un fil continu recouvert d’émail ou à partir d’éléments conducteurs en forme d’épingles reliées entre elles par soudage.
Par ailleurs, le rotor comporte deux roues polaires comportant chacune un flasque et à sa périphérie externe des griffes dirigées axialement en direction du flasque de l’autre roue polaire. Les griffes des roues polaires sont imbriquées les unes par rapport aux autres. Un noyau est intercalé axialement entre les flasques des roues polaires. Ce noyau porte à sa périphérie externe un bobinage d’excitation comprenant une pluralité de spires formé autour d’un isolant intercalé radialement entre le noyau et le bobinage. Des ensembles de ce type sont connus de l’art antérieur et sont très largement utilisés dans les alternateurs de véhicules automobiles. Un objectif constant dans ce domaine est de diminuer la température du rotor lors de son fonctionnement.
L'invention vise ainsi à proposer un rotor de machine électrique tournante avec un refroidissement amélioré.
La présente invention vise à perfectionner le dispositif existant en proposant un rotor de machine électrique tournante, notamment pour un alternateur ou un alterno-démarreur de véhicule automobile, monté rotatif autour un axe de rotation et comprenant :
- deux roues polaires comportant chacune un flasque et des griffes dirigées axialement en direction du flasque de l’autre roue polaire,
- un bobinage d’excitation comprenant une pluralité de spires monté sur un noyau cylindrique et muni d’un isolant, dans lequel :
- ledit rotor présente des premiers et seconds évidements de manière à laisser apparaître axialement au moins une spire, de préférence au moins deux, du bobinage d’excitation,
- lesdites griffes d’une même roue polaire sont solidaires du flasque par des bases respectives faisant saillie radialement du flasque et mutuellement séparées par des espaces inter-griffes de diamètre intérieur, lesdits espaces inter-griffes formant lesdits premiers évidements, les griffes présentent des faces radialement extérieures s’inscrivant dans un cylindre coaxial à l’axe de rotation et définissant le diamètre extérieur du rotor (0od) et des faces radialement intérieures dont les pentes forment avec les bases respectives des points d’intersection (ibg) s’inscrivant dans un cylindre coaxial à l’axe de rotation et définissant le diamètre intérieur des griffes (0Dibg), ledit rotor ayant un ratio R défini par la relation suivante : R = 1 - [(0Dibg - 0ig) / (0Dibg)], inférieur à 90%.
Grâce à cette architecture, un flux axial d’air en direction du bobinage d’excitation permet de diminuer la température du rotor sans modifier l’entrefer rotor/stator en comparaison avec un rotor de l’art antérieur qui ne possède pas un tel ratio.
Le rotor présente au moins un espace vide de toute pièce entre au moins une spire du bobinage et une face d'extrémité axiale de la roue polaire faisant face à cette spire. Dans la description et les revendications, on utilisera les termes "externe" et "interne" ainsi que les orientations "axiale" et "radiale" pour désigner, selon les définitions données dans la description, des éléments du rotor, du stator et/ou de la machine électrique. Par convention, l'orientation "radiale" est dirigée orthogonalement à l’orientation axiale. L’orientation axiale se rapporte, suivant le contexte, à l’axe de rotation du rotor, du stator et/ou de la machine électrique. L'orientation "circonférentielle" est dirigée orthogonalement à la direction axiale et orthogonalement à la direction radiale. Les termes "externe, extérieur" et "interne, intérieur" sont utilisés pour définir la position relative d'un élément par rapport à un autre, par rapport à l’axe de référence, un élément proche de l'axe est ainsi qualifié d'interne par opposition à un élément externe situé radialement en périphérie.
De préférence, les évidements laissent apparaître axialement entre deux et six spires du bobinage d’excitation. De manière encore plus préférée, les évidements laissent apparaître axialement entre deux et quatre spires du bobinage d’excitation.
Selon un aspect de l’invention, les premiers évidements sont formés sur au moins une roue polaire. Ainsi, les premiers évidements peuvent être formés sur la roue polaire avant, la roue polaire arrière ou les deux roues polaires.
Selon un aspect de l’invention, les seconds évidements sont formés sur l’isolant du bobinage d’excitation.
Selon un aspect de l’invention, le rotor présente un ratio R défini par la relation suivante : R = 1 - [(0Dibg - 0ig) / (0Dibg)], inférieur à 88%.
De préférence, le ratio R est inférieur à 90%, de préférence 88% et supérieur ou égale à 85%.
Selon un aspect de l’invention, l’espace inter-griffes présente une première et une deuxième surface de forme globalement triangulaire dont : - la base est tangente au cylindre coaxial à l’axe de rotation définissant le diamètre extérieur du rotor pour la première surface et tangente au cylindre coaxial à l’axe de rotation définissant le diamètre intérieur des griffes pour la deuxième surface,
- les côtés sont définis par deux griffes successives d’une même roue polaire, en particulier par deux faces latérales en vis-à-vis l’une de l’autre de deux griffes, et - le sommet est défini par la tangente au cylindre coaxial à l’axe de rotation définissant le diamètre intérieur 0ig, dans lequel le rapport entre la deuxième et la première surface est supérieur à 15%, de préférence supérieur à 17%.
Selon un aspect de l’invention, le rotor comprend 8 paires de pôles. En variante, le rotor peut comprendre 6 ou 7 paires de pôles. L’invention a également pour objet une machine électrique tournante équipée d’un rotor tel que décrit précédemment.
Selon un aspect de l’invention, la machine électrique tournante consiste en un alternateur, un alterno-démarreur, une machine réversible ou un moteur électrique.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention.
[Fig. 1] représente une vue en perspective d’un rotor selon la présente invention.
[Fig. 2] représente une vue de face du rotor selon la présente invention illustrant les premiers et seconds évidements laissant apparaître axialement au moins une spire du bobinage d’excitation.
[Fig. 3] représente une vue en coupe longitudinale du rotor de la figure 1.
[Fig. 4] représente une vue de face d’une roue polaire du rotor selon la présente invention illustrant le diamètre intérieur de l’espace inter-griffes (0ig), le diamètre extérieur du rotor (0od) et le diamètre intérieur des griffes (0Dibg). [Fig. 5] représente une vue en coupe longitudinale partielle de la roue polaire de la figure 3.
[Fig. 6] représente les aires S1 et S2 sur une vue de face partielle de la roue polaire de la figure 4.
Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre.
La figure 1 représente un rotor 1 de machine électrique tournante pour un alternateur, un alterno-démarreur, une machine réversible ou un moteur électrique monté rotatif autour un axe de rotation X-X’. Le rotor 1 est emmanché à force sur un arbre 2 s’étendant selon l’axe X-X’, et rendu solidaire de celui -ci en rotation autour de l’axe X-X’ par des cannelures portées par cet arbre 2, ces cannelures coopérant avec des rainures ménagées dans le rotor 1.
Le rotor 1 est un rotor à griffes comportant deux roues polaires 8a, 8b. Chaque roue polaire 8a, 8b comprend comme on le voit sur la figure 3 un demi-noyau cylindrique 34 qui porte à sa périphérie externe un bobinage d’excitation 10 comprenant une pluralité de spires 11. Ce bobinage 10 est isolé du noyau 34 par un isolant 20 interposé radialement entre ces éléments. L’isolant est en matière électriquement isolante, avantageusement en matière plastique.
Chaque roue polaire 8a, 8b comprend également un flasque 18 en disque centré sur l’axe X-X’, et sensiblement perpendiculaire à cet axe et des griffes 9a, 9b dirigées axialement en direction du flasque 18 de l’autre roue polaire 8a, 8b. Le flasque est percé par un alésage central recevant l’arbre 2. Dans l’ensemble de la description et des revendications, on entend par « sensiblement radial » une direction formant un angle compris entre 80 et 100° par rapport à l’axe X-X’. Dans les exemples considérés, un noyau est constitué de demi-noyaux 34, chaque demi- noyau étant venu de matière avec une des deux roues polaires 8a, 8b. Le demi-noyau 34 présente un diamètre extérieur plus faible que le flasque 18 et s’étend à partir d’une grande face axiale de celui-ci tournée vers la roue polaire opposée. Quand les deux roues polaires 8a, 8b sont assemblées comme cela est visible sur la figure 3, les deux demi-noyaux 34 se placent axialement dans le prolongement l’un de l’autre. Le noyau est percé d’un alésage qui reçoit l’arbre 2. Dans une variante de réalisation, les deux demi-noyaux 34 peuvent être une seule pièce, et être indépendant des roues polaires 8a, 8b.
Comme on le voit sur la figure 3, l’isolant 20 comprend un fond 31 enveloppant radialement le noyau 34 et interposé entre le bobinage 10 et le noyau 34, et deux couronnes 32 sensiblement perpendiculaires à l’axe X-X.’ Le fond 31 est lui-même cylindrique et coaxial à l’axe de rotation X-X’. Les couronnes 32 sont solidaires de deux extrémités axiales opposées du fond et font saillie radialement vers l’extérieur à partir de ces extrémités. Ces couronnes 32 sont interposées axialement de part et d’autre du bobinage d’excitation 10, entre celui-ci et les flasques 18 des deux roues polaires 8a, 8b. Chaque couronne 32 comprend des pétales (non visibles sur les figures) régulièrement espacés le long d’un bord radialement extérieur de cette couronne et rabattus axialement entre le bobinage 10 et les griffes 9a, 9b. Le rotor 1 présente des premiers et seconds évidements 13, 14 de manière à laisser apparaître axialement au moins une spire 11 du bobinage d’excitation 10 comme on peut le voir en particulier sur la figure 2.
Ainsi, lorsqu’on regarde axialement le rotor 1 de la présente invention selon l’axe X-X’, on aperçoit grâce à la présence des évidements 13, 14 au moins une spire 11 du bobinage 10. En d’autres termes, les roues polaires 8a, 8b ne s’étendent radialement pas à l’extérieur ou au-delà de toute la périphérie du bobinage 10. Le bobinage 10 possède donc au moins une partie d’une extrémité axiale n’étant pas en vis-à-vis ni d’une roule polaire 8a, 8b ou de l’isolant 20. Cette partie est donc composé des spires 11 du bobinage 10 que l’on peut voir axialement.
Comme on peut le voir sur les figures 1 à 3, le rotor 1 présente au moins un espace vide de toute pièce entre au moins une spire 11 du bobinage 10 et une face d'extrémité axiale de la roue polaire 8a, 8b faisant face à cette spire.
Par « évidements », on peut également entendre « ouvertures ». Ainsi, on pourrait par exemple avoir le cas où l’isolant 20, en particulier les couronnes 32, sont de type grillagés et s’étendent radialement au moins à la même hauteur que la spire 11 situé radialement à l’extérieur tout en laissant apparaître axialement au moins une spire 11.
Avantageusement, au moins une roue polaire 8a, 8b et l'isolant 20 sont conformés pour laisser apparaître axialement au moins une spire 11. Avantageusement, la structure et/ou la forme d’au moins une roue polaire 8a, 8b et/ou de l'isolant 20 sont définies de façon à laisser apparaître axialement au moins une spire 11 .
Dans les exemples considérés, les premiers évidements 13 sont formés sur au moins une roue polaire 8a, 8b. Les seconds évidements 14 sont formés sur l’isolant 20 du bobinage d’excitation 10, en particulier sur une couronne 32. Les griffes 9a, 9b, également appelées dents, présentent une forme trapézoïdale. Les griffes 9a, 9b d’une même roue polaire 8a, 8b sont solidaires du flasque 18 par des bases respectives 19 faisant saillie radialement à partir d’un bord externe du flasque 18 et s’étendent axialement à partir des bases 19. Les roues polaires 8a, 8b sont décalées angulairement l’une par rapport à l’autre de sorte que chaque griffe 9a, 9b d’une roue polaire 8a, 8b est intercalée entre deux griffes voisines de l’autre roue polaire 8a, 8b. Les griffes
8a, 8b sont ainsi imbriquées les unes par rapport aux autres.
Les griffes 9a, 9b d’une même roue polaire sont mutuellement séparées par des espaces inter-griffes 15 de diamètre intérieur 0ig. Le diamètre 0ig sert également à définir la périphérie externe du flasque 18. Ainsi, comme cela est visible sur la figure 4, le diamètre 0ig définit le diamètre intérieur de chaque espace inter-griffes 15 ainsi que le diamètre extérieur du flasque 18. En suivant la périphérie du flasque 18, on rencontre donc alternativement un espace inter-griffes 15 et une base 19. Les espaces inter-griffes 15 sont donc délimitées par deux griffes successives d’une roue polaire, en particulier les deux faces latérales en vis-à-vis l’une de l’autre de deux griffes successives 9a ou 9b appartenant respectivement à l’une et à l’autre roue polaire 8a, 8b. En d’autres termes et comme cela est visible en particulier sur les figures 2 et 4, chaque espace inter-griffe 15 est délimité par un fond arqué au niveau de la périphérie du flasque 18, par les deux cotés pleins latéraux des bases 19 encadrant l’espace 15, et par un coté ouvert radialement extérieur. Dans les exemples considérés, les espaces inter-griffes 15 forment les premiers évidements 13.
Comme cela est représenté sur la figure 5, les griffes 9a, 9b présentent des faces radialement extérieures 38 s’inscrivant dans un cylindre coaxial à l’axe de rotation X-X’ et définissant le diamètre extérieur du rotor 0od. Ces faces 138, considérées dans des plans perpendiculaires à l’axe de rotation X-X’ présentent des largeurs respectives qui vont en rétrécissant depuis la base 19 vers la roue polaire opposée.
Les griffes 9a, 9b présentent aussi des faces radialement intérieures 39 dont les pentes forment avec les bases respectives 19 des points d’intersection ibg s’inscrivant dans un cylindre coaxial à l’axe de rotation X-X’ et définissant le diamètre intérieur des griffes 0Dibg. Nous allons maintenant présenter un exemple comparatif entre un rotor selon la présente invention (R1), c’est-à-dire avec des évidements laissant apparaître axialement au moins une spire du bobinage d’excitation (tel que présenté sur les figures 1 à 6) et un rotor de référence (RF) qui ne présente pas un évidement laissant apparaître axialement au moins une spire du bobinage d’excitation. Dans le rotor R1 , le diamètre inter-griffes 0ig est diminué par rapport au rotor RF.
Les caractéristiques de ces deux rotors sont données dans le tableau 1 suivant.
[Tableau 1]
Les températures de ces deux rotors en fonctionnement et selon la vitesse de rotation sont présentées dans le tableau 2 suivant.
[Tableau 2] Ainsi, lorsque l’on diminue le diamètre inter-griffes 15 de manière à avoir un évidement qui laisse apparaître au moins une spire du bobinage d’excitation, la température du rotor selon l’invention R1 est diminué d’environ 3°C par rapport au rotor de référence RF.
De préférence, le rotor selon la présente invention, présente un ratio R défini par la relation suivante : R = 1 - [(0Dibg - 0ig) / (0Dibg)] inférieur à 90%, de préférence 88%. De préférence, le ratio R est supérieur ou égale à 85%. En effet, au-delà de ce ratio le porte à faux du maintien des griffes deviendrait trop important.
Comme cela est représenté sur la figure 6, l’espace inter-griffes 15 présente une première et une deuxième surface de forme globalement triangulaire S1 , S2 dont :
- la base est tangente au cylindre coaxial à l’axe de rotation X-X’ définissant le diamètre extérieur du rotor 0od pour la première surface S1 et tangente au cylindre coaxial à l’axe de rotation X-X’ définissant le diamètre intérieur des griffes 0Dibg pour la deuxième surface S2,
- les côtés sont définis par deux griffes successives 9a, 9b d’une même roue polaire 8a, 8b, en particulier par deux faces latérales en vis-à-vis l’une de l’autre de deux griffes 9a, 9b, et - le sommet est défini par la tangente au cylindre coaxial à l’axe de rotation X-X’ définissant le diamètre intérieur 0ig.
Le rotor R1 présente un rapport S2/S1 de 17,75%.
Les griffes 9a, 9b sont configurées pour le montage d’aimants polaires 40. Dans les exemples considérés, chaque griffes 9a, 9b comprend deux gorges ayant un profil sous forme de U et réalisé dans une face latérale d’une griffe. Les gorges sont des gorges de réception des aimants permanents 40, qui sont par exemple du type à terre rare ou en ferrite. Le choix du type d’aimant dépend de la puissance recherchée de la machine électrique comprenant le rotor 1. Les aimants pourront être réalisés par moulage, notamment par frittage. En variante, les aimants 40 sont des pièces réalisées dans un matériau élasto-ferrite magnétique.
Les aimants permanents 40 sont ici de forme globalement parallélépipédique et sont montés dans des gorges en étant dimensionnés en fonction des gorges pour pénétrer dans celles-ci. Le rotor 1 peut comprendre deux ventilateurs plaqués et soudés chacun sur une face axiale du flasque 18 d’une des roue polaire 8a, 8b, ladite face étant tournée dans un sens opposé à l’autre roue. Les ventilateurs permettent de créer un flux d’air à l’intérieur du rotor 1 pour son refroidissement.
Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents.
En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.

Claims

REVENDICATIONS
1. Rotor (1) de machine électrique tournante monté rotatif autour un axe de rotation (X-X’) et comprenant :
- deux roues polaires (8a, 8b) comportant chacune un flasque (18) et des griffes (9a, 9b) dirigées axialement en direction du flasque (18) de l’autre roue polaire (8a, 8b),
- un bobinage d’excitation (10) comprenant une pluralité de spires (11) monté sur un noyau cylindrique (34) et muni d’un isolant (20), ledit rotor (1) présente des premiers et seconds évidements (13, 14) de manière à laisser apparaître axialement au moins une spire (11) du bobinage d’excitation (10), caractérisé en ce que lesdites griffes (9a, 9b) d’une même roue polaire (8a, 8b) sont solidaires du flasque (18) par des bases respectives (19) faisant saillie radialement du flasque (18) et mutuellement séparées par des espaces inter-griffes (15) de diamètre intérieur (0ig), lesdits espaces inter-griffes (15) formant lesdits premiers évidements (13), les griffes (9a, 9b) présentent des faces radialement extérieures (38) s’inscrivant dans un cylindre coaxial à l’axe de rotation (X-X’) et définissant le diamètre extérieur du rotor (0od) et des faces radialement intérieures (39) dont les pentes forment avec les bases respectives (19) des points d’intersection (ibg) s’inscrivant dans un cylindre coaxial à l’axe de rotation (X-X’) et définissant le diamètre intérieur des griffes (0Dibg), ledit rotor ayant un ratio R défini par la relation suivante : R = 1 - [(0Dibg - 0ig) / (0Dibg)], inférieur à 90%.
2. Rotor (1) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que lesdits évidements (13, 14) laissent apparaître axialement entre deux et six spires (11) du bobinage d’excitation (10).
3. Rotor (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premiers évidements (13) sont formés sur au moins une roue polaire (8a, 8b).
4. Rotor (1 ) l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les seconds évidements (14) sont formés sur l’isolant (20) du bobinage d’excitation (10).
5. Rotor (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il présente un ratio R défini par la relation suivante : R = 1 - [(0Dibg - 0ig) / (0Dibg)], inférieur à 88%.
6. Rotor (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le ratio R est supérieur ou égale à 85%.
7. Rotor (1) selon l’une quelconque des revendications 5 à 6, caractérisé en ce que l’espace inter-griffes (15) présente une première et une deuxième surface de forme globalement triangulaire (S1 , S2) dont :
- la base est tangente au cylindre coaxial à l’axe de rotation (X-X’) définissant le diamètre extérieur du rotor (0od) pour la première surface (S1) et tangente au cylindre coaxial à l’axe de rotation (X-X’) définissant le diamètre intérieur des griffes (0Dibg) pour la deuxième surface (S2), - les côtés sont définis par deux griffes successives (9a, 9b) d’une même roue polaire (8a, 8b), en particulier par deux faces latérales en vis-à-vis l’une de l’autre de deux griffes (9a, 9b), et
- le sommet est défini par la tangente au cylindre coaxial à l’axe de rotation (X-X’) définissant le diamètre intérieur (0ig), le rapport S2/S1 étant supérieur à 15%, de préférence supérieur à 17%.
8. Rotor (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend 8 paires de pôles.
9. Machine électrique tournante, caractérisé en ce qu’elle est équipée d’un rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes.
10. Machine électrique tournante selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’elle consiste en un alternateur, un alterno-démarreur, une machine réversible ou un moteur électrique.
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