EP4684464A1 - Rotor pour machine électrique - Google Patents

Rotor pour machine électrique

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Publication number
EP4684464A1
EP4684464A1 EP24712111.4A EP24712111A EP4684464A1 EP 4684464 A1 EP4684464 A1 EP 4684464A1 EP 24712111 A EP24712111 A EP 24712111A EP 4684464 A1 EP4684464 A1 EP 4684464A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wedge
foot
rotor
coil
rotor according
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
EP24712111.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Xavier Dunesme
Samuel Gabillard
Benoit Henocq
Jean-Baptiste LAVAULT
Emmanuel MOTTE
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.)
Ampere SAS
Original Assignee
Ampere 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 Ampere SAS filed Critical Ampere SAS
Publication of EP4684464A1 publication Critical patent/EP4684464A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/46Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/52Fastening salient pole windings or connections thereto
    • H02K3/527Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to rotors only

Definitions

  • the present invention relates to a rotor for an electrical machine, in particular a wound rotor, in particular an ortho-cyclic wound rotor with a number of poles greater than 4.
  • the invention also relates to an electric machine comprising such a rotor.
  • Wound rotors conventionally comprise coils wound around salient poles. These coils are intended to be traversed by a continuous electric current of variable intensity. Given the nature of the materials of the coil wires and the rotation speed of the rotor, it is imperative to hold these coils securely on the corresponding rotor poles.
  • holding shims also called “rotor shims” are provided for this purpose. These are inserted into the notches made between the salient poles and exert a thrust on the coils so as to hold them against the pole bodies.
  • These shims generally have a substantially V-shaped cross-section.
  • This form of shims does not provide complete satisfaction. In fact, it does not allow for optimal support of the coils. There is therefore a risk of fatigue failure of the coil wires due to bending during heavy stress.
  • the invention aims to meet this objective and achieves it by means of an electric machine rotor, rotating around an axis of rotation X, the rotor comprising:
  • a rotor body comprising a succession of salient poles forming notches between them
  • each of the holding wedges comprises a wedge head extended by a wedge foot, the free end of the foot being oriented towards the bottom of the notch, said foot coming at least partially into contact with the coils of the first and second salient poles.
  • the shims according to the invention ensure, thanks to their shape, maintenance of the entire height of the wound poles. This results in better resistance of the wires of the coils to centrifugation. This makes it possible to increase the maximum permissible rotation speed of the rotor accordingly.
  • the wedge foot has a polygonal cross-section, such as square, rectangular or triangular.
  • cross section is meant any section made in a plane orthogonal to an axis of elongation of the retaining wedge.
  • the wedge foot has a constant cross section from its free end to its junction with the wedge head.
  • the wedge foot has a cross section of variable shape and/or dimension along the axis of elongation of the retaining wedge.
  • the foot may have a section widening towards the free end of the foot.
  • the wedge foot extends over a length measured along the axis of elongation of the holding wedge, adapting to the shape of the winding.
  • the wedge foot may have a smooth external surface.
  • the retaining wedge comprises one or more reliefs extending laterally from the wedge foot.
  • the relief(s) may be projecting reliefs.
  • the relief(s) extend in the direction of the coils, the reliefs preferably extending perpendicularly to the axis of elongation of the retaining wedge.
  • the relief(s) may extend along extension axes forming the same angle with the elongation axis of the support wedge.
  • the relief(s) may extend along extension axes forming different angles with the elongation axis of the support wedge.
  • the surface relief(s) may be of an outwardly convex shape.
  • the outwardly convex surface relief(s) may be in the form of a boss.
  • the boss-shaped relief(s) may have a surface in the shape of a spherical cap or a quadric of revolution, in particular an ellipsoid.
  • the relief(s) extend along extension axes extending from the same longitudinal plane of the foot.
  • At least two reliefs may extend from opposite faces of the wedge foot.
  • At least two reliefs can extend from the same face of the wedge foot.
  • At least two reliefs may extend on the wedge foot at the same height relative to the base of the foot.
  • At least two reliefs may extend at different heights of the foot relative to the base of the foot.
  • the wedge head may have a polygonal cross-section.
  • the wedge head has a cross-section that decreases as it approaches the junction with the foot.
  • the wedge head may be in the shape of a trapezoid, rectangle or triangle when viewed from the front.
  • front view we mean a view along an axis perpendicular to the plane of elongation of the retaining wedge.
  • the retaining wedge may be in the shape of a “Y” or a “T” when viewed from the front.
  • the retaining wedge is preferably made of plastic.
  • the retaining wedge is monolithic.
  • the retaining shims are arranged in the corresponding notches so that the axis of elongation of the retaining shim is oriented radially, that is to say following a radial axis of the rotor.
  • the elongation axis is inclined relative to a radial axis of the rotor by an angle adapting to the number of poles.
  • Each pole may comprise a radially extending pole body on which the corresponding coil is surrounded.
  • the pole also comprises a pole head extending in an ortho-radial direction.
  • the wedge head has two shoulders, each coming to bear on the pole heads of the first and second poles respectively.
  • the retaining wedge may be full.
  • the rotor body comprises one or more magnetic sheets.
  • the rotor has a number of poles greater than 4.
  • the invention also relates to an electric machine comprising a rotor as described above.
  • the invention also relates to a vehicle, in particular a motor vehicle, comprising a rotor according to the invention and/or an electric machine according to the invention.
  • a vehicle in particular a motor vehicle, comprising a rotor according to the invention and/or an electric machine according to the invention.
  • FIG.l [Fig.1] is a schematic and partial section of a rotor according to the invention.
  • FIG.3 illustrates another example of a retaining wedge according to the invention.
  • FIG.l shows a rotor 10 of an electric machine according to the invention rotating around an axis X.
  • the rotor 10 comprises a rotor body 12 consisting of a plurality of magnetic sheets 13.
  • the rotor body 12 comprises a succession of salient poles 14 forming notches 16 between them.
  • Each salient pole 14 comprises a pole body 15 extending radially and an enlarged pole head 17 extending in an ortho-radial direction.
  • Each pole body 15 is surrounded by a coil 20. This coil 20 is received in the notches 16 adjacent to this salient pole 14.
  • the rotor further comprises shims 30 which are arranged in the notches 16 and which are intended to hold the coils against the poles 15.
  • each shim 30 comes into contact with the coil 20 of a first salient pole 14 and the coil 20 of a second salient pole consecutive to the first.
  • the shim exerts a thrust on the coils so as to hold them against the pole bodies of the first and second salient poles.
  • the retaining shims 30 each have an elongation axis Y which is oriented radially, that is to say following a radial axis of the rotor.
  • the holding wedges 30 each comprise a wedge head 32 extended by a foot 34.
  • the wedge head 32 has in the example shown a polygonal cross section.
  • the wedge head 32 is in the form of a trapezium in front view, the wedge head having a cross section decreasing as it approaches the junction with the foot.
  • the wedge head 32 has two shoulders 33 which come to bear against the internal faces of the pole heads 32.
  • the wedge foot 34 has a rectangular cross-section.
  • the wedge foot 34 has a constant cross-section from its free end 37 to its junction 39 with the wedge head 32. It thus has, with a view to face a general rectangle shape.
  • the wedge foot 34 extends over a length l measured along the elongation axis Y of the holding wedge 30, adapting to the shape of the winding.
  • This length l represents approximately 25% of the total length L of the retaining wedge 30 in the example illustrated.
  • the retaining wedge comprises several reliefs 35, here two in number, extending laterally from the wedge foot 34.
  • the relief(s) 35 are projecting reliefs and extend towards the coils 20.
  • the latter are of identical shape and are in the form of a convex boss towards the outside.
  • the reliefs 35 have a rounded shape.
  • the two reliefs 35 extend from opposite faces of the wedge foot 34, along an extension axis P perpendicular to the elongation axis Y. As can be seen in the figures, these reliefs extend to the same height h relative to the base of the foot 37.
  • the wedge feet may have a smooth external surface, i.e. without reliefs, as illustrated in [Fig.3].
  • the wedge foot may have a different shape.
  • the number of reliefs may be different from two.
  • the reliefs may be wavy in shape.

Landscapes

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

Abstract

Rotor (10) de machine électrique, tournant autour d'un axe de rotation X, le rotor comportant : - un corps de rotor (12) comportant une succession de pôles saillants (14) ménageant entre eux des encoches (16), - une pluralité de bobines (20), chaque bobine (20) étant disposée autour du pôle saillant (14) correspondant dans les encoches (16) adjacentes à ce pôle saillant (14), - des cales de maintien (30) de bobines, chaque cale (30) étant disposée dans une encoche (16) de manière à venir en contact de la bobine (20) d'un premier pôle saillant (14) et de la bobine (20) d'un deuxième pôle saillant consécutif au premier, ledit rotor (10) étant caractérisé en ce que chacune des cales de maintien (30) comporte une tête de cale (32) prolongée par un pied de cale (34), l'extrémité libre du pied (37) étant orientée vers le fond de l'encoche, ledit pied (34) venant au moins partiellement en contact des bobines (20) des premier et deuxième pôles saillants.

Description

Description
Titre de l'invention : rotor pour machine électrique
Domaine technique
[0001] La présente invention concerne un rotor pour machine électrique, en particulier un rotor bobiné, notamment un rotor bobiné ortho-cyclique avec un nombre de pôles supérieur à 4.
[0002] L’invention concerne également une machine électrique comportant un tel rotor.
Arrière-plan technologique
[0003] Les rotors bobinés comportent classiquement des bobines enroulées autour des pôles saillants. Ces bobines sont destinées à être parcourues par un courant électrique continu d'intensité variable. Compte tenu de la nature des matériaux des fils des bobines et de la vitesse de rotation du rotor, il est impératif de maintenir solidement ces bobines sur les pôles du rotor correspondants.
[0004] En effet, les bobines sont soumises à des efforts centrifuges lors de la rotation du rotor, ces efforts sont d'autant plus importants que le diamètre du rotor et sa vitesse de rotation sont élevés.
[0005] Afin d’améliorer le maintien des bobines, des cales de maintien encore appelées « cales de rotor » sont prévues à cet effet. Celles-ci sont insérées dans les encoches ménagées entre les pôles saillants et exercent une poussée sur les bobines de manière à les maintenir contre les corps de pôle.
[0006] Ces cales présentent généralement une section transversale sensiblement en forme de V.
[0007] Cette forme de cales n’apporte pas entière satisfaction. En effet, elle ne permet pas un maintien optimal des bobines. Il existe par conséquent un risque de rupture en fatigue des fils des bobines dû à la flexion lors de fortes sollicitations.
[0008] La fonction de maintien des bobines sur le corps de pôle est importante pour empêcher leur centrifugation, comme mentionné ci-dessus
[0009] Il serait donc souhaitable de sécuriser encore plus efficacement les bobines de la centrifugation survenant pendant le fonctionnement du rotor.
Résumé de l'invention
[0010] L’invention vise à répondre à cet objectif et y parvient grâce à un rotor de machine électrique, tournant autour d’un axe de rotation X, le rotor comportant :
- un corps de rotor comportant une succession de pôles saillants ménageant entre eux des encoches,
- une pluralité de bobines, chaque bobine étant disposée autour du pôle saillant correspondant dans les encoches adjacentes à ce pôle saillant, - des cales de maintien de bobines, chaque cale étant disposée dans une encoche de manière à venir en contact de la bobine d'un premier pôle saillant et de la bobine d'un deuxième pôle saillant consécutif au premier, ledit rotor étant caractérisé en ce que chacune des cales de maintien comporte une tête de cale prolongée par un pied de cale, l’extrémité libre du pied étant orientée vers le fond de l’encoche, ledit pied venant au moins partiellement en contact des bobines des premier et deuxième pôles saillants.
[0011] Les cales selon l’invention assurent, grâce à leur forme, un maintien de l’ensemble de la hauteur des pôles bobinés. Il en résulte une meilleure résistance des fils des bobines à la centrifugation. Cela permet d’augmenter la vitesse de rotation maximale admissible du rotor en conséquence.
[0012] De préférence, le pied de cale présente une section transversale de forme polygonale, telle que carrée, rectangulaire ou triangulaire.
[0013] Par « section transversale », on entend toute section réalisée dans un plan orthogonal à un axe d’élongation de la cale de maintien.
[0014] De préférence, le pied de cale présente une section transversale constante de son extrémité libre à sa jonction avec la tête de cale.
[0015] En variante, le pied de cale présente une section transversale de forme et/ou de dimension variable le long de l’axe d’élongation de la cale de maintien. Par exemple, le pied peut présenter une section s’élargissant vers l’extrémité libre du pied.
[0016] De préférence, le pied de cale s’étend sur une longueur mesurée selon l’axe d’élongation de la cale de maintien, s’adaptant à la forme du bobinage.
[0017] Le pied de cale peut présenter une surface externe lisse.
[0018] En variante, la cale de maintien comporte un ou plusieurs reliefs s’étendant latéralement à partir du pied de cale.
[0019] La présence de reliefs sur la surface externe du pied de cale permet un d’améliorer encore plus le maintien des bobines sur les pôles du rotor.
[0020] Le ou les reliefs peuvent être des reliefs en saillie. De préférence, le ou les reliefs s’étendent en direction des bobines, les reliefs s’étendant de préférence perpendiculairement à l’axe d’élongation de la cale de maintien.
[0021] Le ou les reliefs peuvent s’étendre selon des axes d’extension formant le même angle avec l’axe d’élongation de la cale du maintien.
[0022] Le ou les reliefs peuvent s’étendre selon des axes d’extension formant des angles différents avec l’axe d’élongation de la cale du maintien.
[0023] Le ou les reliefs de surface peuvent être de forme convexe vers l’extérieur. Le ou les reliefs de surface de forme convexe vers l’extérieur peuvent être en forme de bossage.
[0024] Le ou les reliefs en forme de bossage peuvent avoir une surface en forme de calotte sphérique ou de quadrique de révolution, notamment ellipsoïde. [0025] De préférence, le ou les reliefs s’étendent selon des axes d’extension s’étendant à partir d’un même plan longitudinal du pied.
[0026] Au moins deux reliefs peuvent s’étendre à partir de faces opposées du pied de cale.
[0027] Au moins deux reliefs peuvent s’étendre d’une même face du pied de cale.
[0028] Au moins deux reliefs peuvent s’étendre sur le pied de cale à la même hauteur relativement à la base du pied.
[0029] Au moins deux reliefs peuvent s’étendre à des hauteurs différentes du pied relativement à la base du pied.
[0030] La tête de cale peut présenter une section transversale polygonale. De De préférence, la tête de cale présente une section transversale diminuant en se rapprochant de la jonction avec le pied.
[0031] La tête de cale peut être en vue de face en forme de trapèze, de rectangle ou de triangle.
[0032] Par « vue de face », on comprend une vue selon un axe perpendiculaire au plan d’élongation de la cale de maintien.
[0033] La cale de maintien peut être en vue de face en forme de « Y » ou de « T ».
[0034] La cale de maintien est de préférence en matière plastique.
[0035] De préférence, la cale de maintien est monolithique.
[0036] Par « monolithique », on entend que la cale de maintien se présente sous forme d’un bloc d’un seul tenant.
[0037] De préférence, les cales de maintien sont disposées dans les encoches correspondantes de manière à ce que l’axe d’élongation de la cale de maintien soit orienté ra- dialement, c’est-à-dire en suivant un axe radial du rotor.
[0038] En variante, l’axe d’élongation est incliné par rapport à un axe radial du rotor d’un angle s’adaptant au nombre de pôles.
[0039] Chaque pôle peut comprendre un corps de pôle s’étendant radialement et sur lequel est entourée la bobine correspondante. Le pôle comporte également une tête de pôle s’étendant selon une direction ortho-radiale.
[0040] Avantageusement, la tête de cale présente deux épaulements venant chacun en appui des têtes de pole des premier et deuxième pôles respectivement.
[0041] La cale de maintien peut être pleine.
[0042] Le corps de rotor comporte une ou plusieurs tôles magnétiques.
[0043] Le rotor comporte un nombre de pôles supérieur à 4.
[0044] L’invention a encore pour objet une machine électrique comportant un rotor tel que décrit plus haut.
[0045] L’invention a encore pour objet un véhicule, notamment véhicule automobile, comportant un rotor selon l’invention et/ou une machine électrique selon l’invention. Brève description des figures
[0046] L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemple de mise en œuvre non limitatif de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé sur lequel :
[0047] [Fig.l] La [Fig.1] est une coupe schématique et partielle d’un rotor selon l’invention;
[0048] [Fig.2] La [Fig.2] est un détail de la [Fig.l], et
[0049] [Fig.3] La [Fig.3] illustre un autre exemple d’une cale de maintien selon l’invention.
Description de mode(s) de réalisation
[0050] On a représenté à la [Fig.l] un rotor 10 de machine électrique selon l’invention tournant autour d’un axe X.
[0051] Comme illustré, le rotor 10 comporte un corps de rotor 12 constitué d’une pluralité de tôles magnétiques 13. Le corps de rotor 12 comporte une succession de pôles saillants 14 ménageant entre eux des encoches 16.
[0052] Chaque pôle saillant 14 comporte un corps de pôle 15 s’étendant radialement et une tête de pôle élargie 17 s’étendant selon une direction ortho radiale.
[0053] Chaque corps de pôle 15 est entouré d’une bobine 20. Cette bobine 20 est reçue dans les encoches 16 adjacentes à ce pôle saillant 14.
[0054] Le rotor comporte en outre des cales 30 qui sont disposées dans les encoches 16 et qui sont destinées à maintenir les bobines contre les pôles 15.
[0055] Comme cela est visible sur les figures, chaque cale 30 vient en contact de la bobine 20 d'un premier pôle saillant 14 et de la bobine 20 d'un deuxième pôle saillant consécutif au premier. Par sa position et sa forme, la cale exerce une poussée sur les bobines de manière à les maintenir contre les corps de pôle des premier et deuxième pôles saillants.
[0056] Les cales de maintien 30 présente chacun un axe d’élongation Y qui est orienté radialement, c’est-à-dire en suivant un axe radial du rotor.
[0057] Comme illustré, les cales de maintien 30 comportent chacune une tête de cale 32 prolongée par un pied 34.
[0058] La tête de cale 32 présente dans l’exemple représenté une section transversale polygonale. La tête de cale 32 est en vue de face en forme de trapèze, la tête de cale présentant une section transversale diminuant en se rapprochant de la jonction avec le pied.
[0059] La tête de cale 32 présente deux épaulements 33 venant en appui contre les faces internes des têtes de pôle 32.
[0060] Le pied de cale 34 présente une section transversale de forme rectangulaire. Dans l’exemple illustré, le pied de cale 34 présente une section transversale constante de son extrémité libre 37 à sa jonction 39 avec la tête de cale 32. Il présente ainsi en vue de face une forme générale de rectangle.
[0061] Le pied de cale 34 s’étend sur une longueur l mesurée selon l’axe d’élongation Y de la cale de maintien 30, s’adaptant à la forme du bobinage.
[0062] Cette longueur l représente environ 25 % de la longueur totale L de la cale de maintien 30 dans l’exemple illustré.
[0063] Dans l’exemple illustré notamment à la [Fig.2], la cale de maintien comporte plusieurs reliefs 35, ici au nombre de deux, s’étendant latéralement à partir du pied de cale 34.
[0064] Dans l’exemple illustré, le ou les reliefs 35 sont des reliefs en saillie.et s’étendent en direction des bobines 20. Ces derniers sont de forme identique et se présentent sous la forme de bossage convexe vers l’extérieur. Les reliefs 35 ont une forme arrondie.
[0065] Les deux reliefs 35 s’étendent à partir de faces opposées du pied de cale 34, selon un axe d’extension P perpendiculaire à l’axe d’élongation Y. Comme cela est visible sur les figures, ces reliefs s’étendant à la même hauteur h relativement à la base du pied 37.
[0066] En variante, les pieds de cale peuvent avoir une surface externe lisse, c’est-à-dire dépourvue de reliefs, comme illustré à la [Fig.3].
[0067] L’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits.
[0068] Le pied de cale peut avoir une forme différente.
[0069] Le nombre de reliefs peut être différent de deux. Les reliefs peuvent être de forme ondulée.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Rotor (10) de machine électrique, tournant autour d’un axe de rotation X, le rotor comportant :
- un corps de rotor (12) comportant une succession de pôles saillants (14) ménageant entre eux des encoches (16),
- une pluralité de bobines (20), chaque bobine (20) étant disposée autour du pôle saillant (14) correspondant dans les encoches (16) adjacentes à ce pôle saillant (14),
- des cales de maintien (30) de bobines, chaque cale (30) étant disposée dans une encoche (16) de manière à venir en contact de la bobine (20) d'un premier pôle saillant (14) et de la bobine (20) d'un deuxième pôle saillant consécutif au premier, ledit rotor (10) étant caractérisé en ce que chacune des cales de maintien (30) comporte une tête de cale (32) prolongée par un pied de cale (34), l’extrémité libre du pied (37) étant orientée vers le fond de l’encoche, ledit pied (34) venant au moins partiellement en contact des bobines (20) des premier et deuxième pôles saillants.
[Revendication 2] Rotor selon la revendication 1 , le pied de cale (34) présentant une section transversale de forme polygonale, de préférence, le pied de cale présentant une section transversale constante de son extrémité libre à sa jonction avec la tête de cale.
[Revendication 3] Rotor selon l’une des revendications 1 et 2, le pied de cale s’étendant sur une longueur mesurée selon l’axe d’élongation de la cale de maintien, représentant entre 5% et 60% de la longueur totale de la cale de maintien.
[Revendication 4] Rotor selon l’une des revendications précédentes, la cale de maintien (30) comporte un ou plusieurs reliefs (35) s’étendant latéralement à partir du pied de cale (34).
[Revendication 5] Rotor selon la revendication 4, le ou les reliefs (35) étant des reliefs en saillie, s’étendant de préférence en direction des bobines (20), le ou les reliefs de surface étant de préférence de forme convexe vers l’extérieur, notamment en forme de bossage.
[Revendication 6] Rotor selon la revendication 4 ou 5, le ou les reliefs (35) s’étendant selon des axes d’extension (P) formant le même angle avec l’axe d’élongation (Y) de la cale de maintien, notamment un angle droit avec l’axe d’élongation de la cale de maintien.
[Revendication 7] Rotor selon l’une des revendications 4 à 6, au moins deux reliefs (35) s’étendant à partir de faces opposées du pied de cale, de préférence à la même hauteur (h) relativement à la base du pied (34).
[Revendication 8] Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, la cale de maintien (30) étant pleine.
[Revendication 9] Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, la tête de cale (32) présentant une section transversale polygonale, notamment diminuant en se rapprochant de la jonction avec le pied.
[Revendication 10] Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, la tête de cale (32) présentant deux épaulements (33) venant chacun en appui des faces internes des têtes (17) des premier et deuxième pôles (14) respectivement
[Revendication 11] Machine électrique comportant un rotor (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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