FR3103331A1 - Rotor for rotating electric machine - Google Patents
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Abstract
Rotor (4) pour machine électrique tournante, comprenant : - un arbre tournant autour d’un axe, - une première roue polaire (17), comportant un fond (18) s’étendant radialement de part et d’autre de l’axe (X), la roue définissant une série de griffes (19) de forme globalement trapézoïdale, chaque griffe s'étendant axialement en direction de la deuxième roue polaire (17) depuis une base disposée sur la périphérie radialement extérieure du fond, le fond présentant au niveau de chaque griffe (19) une surface opposée à la direction d’extension de cette griffe, qui comprend : - une portion radialement extérieure (40), et - une portion radialement intérieure (41), l’angle (α1) entre la portion radialement extérieure (40) et la portion radialement intérieure (41) étant constant pour la première roue polaire (17) et égal à une première valeur d’angle, - une deuxième roue polaire (17), comportant un fond (18) s’étendant radialement de part et d’autre de l’axe (X), la roue définissant une série de griffes (19) de forme globalement trapézoïdale, chaque griffe s'étendant axialement en direction de la première roue polaire (17) depuis une base disposée sur la périphérie radialement extérieure du fond, le fond présentant au niveau de chaque griffe (19) une surface opposée à la direction d’extension de cette griffe, qui comprend : - une portion radialement extérieure (40), et - une portion radialement intérieure (41), l’angle (α2) entre la portion radialement extérieure (40) et la portion radialement intérieure (41) étant constant pour la deuxième roue polaire et égal à une deuxième valeur d’angle, la première valeur d’angle étant différente de la deuxième valeur d’angle. Figure pour l’abrégé : Figure 3Rotor (4) for a rotary electrical machine, comprising: - a shaft rotating around an axis, - a first pole wheel (17), comprising a base (18) extending radially on either side of the axis (X), the wheel defining a series of generally trapezoidal shaped claws (19), each claw extending axially towards the second pole wheel (17) from a base disposed on the radially outer periphery of the bottom, the bottom having at the level of each claw (19) a surface opposite to the direction of extension of this claw, which comprises: - a radially outer portion (40), and - a radially inner portion (41), the angle (α1) between the radially outer portion (40) and the radially inner portion (41) being constant for the first pole wheel (17) and equal to a first angle value, - a second pole wheel (17), comprising a bottom (18) extending radially on either side of the axis (X), the wheel defining a series of e claws (19) of generally trapezoidal shape, each claw extending axially in the direction of the first pole wheel (17) from a base disposed on the radially outer periphery of the bottom, the bottom having at the level of each claw (19) a surface opposite to the direction of extension of this claw, which comprises: - a radially outer portion (40), and - a radially inner portion (41), the angle (α2) between the radially outer portion (40) and the radially inner portion (41) being constant for the second pole wheel and equal to a second angle value, the first angle value being different from the second angle value. Figure for the abstract: Figure 3
Description
La présente invention concerne un rotor pour machine électrique tournante ainsi qu’une telle machine électrique tournante.The present invention relates to a rotor for a rotating electrical machine as well as such a rotating electrical machine.
La machine électrique est par exemple un alternateur ou un alterno-démarreur alimenté par une tension nominale de 12V ou de 48V, voire plus.The electrical machine is for example an alternator or an alternator-starter powered by a nominal voltage of 12V or 48V, or even more.
Cette machine électrique peut être intégrée à un véhicule à propulsion hybrique ou purement électrique, par exemple une automobile.This electric machine can be integrated into a hybric or purely electric vehicle, for example an automobile.
Les rotors de machine électrique connue pour ces applications comprennent:Known electric machine rotors for these applications include:
- un arbre central tournant autour d’un axe,- a central shaft rotating around an axis,
- deux roues polaires, chaque roue polaire comportant à sa périphérie radiale externe une série de griffes de forme globalement trapézoïdale, qui s'étendent axialement en direction de l'autre roue polaire.- two pole wheels, each pole wheel comprising at its outer radial periphery a series of claws of generally trapezoidal shape, which extend axially in the direction of the other pole wheel.
Il est connu de ménager un chanfrein sur la surface de la roue polaire opposée à la direction d’extension des griffes, ce chanfrein s’étendant jusqu’au bord radialement extérieur de la roue polaire. Ce chanfrein peut permettre d’équilibrer le rotor, des trous pouvant être percés dans ce dernier. Ce chanfrein définit par ailleurs une zone de déformation pour les griffes lorsque ces dernières sont centrifugées lors de la rotation du rotor. Cette déformation ne doit pas être excessive, faute de quoi les griffes peuvent se rompre et/ou venir au contact du stator ce qui n’est pas compatible avec un bon fonctionnement de la machine électrique tournante. Par ailleurs, la partie de la roue polaire au niveau de laquelle est ménagée le chanfrein est parcourue par le flux magnétique de la machine de sorte que cette partie ne doit pas saturer, c’est-à-dire ne pas présenter de restriction dans la section de passage du flux magnétique. En outre, ce chanfrein peut contribuer à l’émission de bruit aérodynamique lors de la rotation du rotor.It is known to provide a chamfer on the surface of the pole wheel opposite the direction of extension of the claws, this chamfer extending to the radially outer edge of the pole wheel. This chamfer can be used to balance the rotor, holes can be drilled in the latter. This chamfer also defines a zone of deformation for the claws when the latter are centrifuged during rotation of the rotor. This deformation must not be excessive, otherwise the claws may break and/or come into contact with the stator, which is not compatible with proper operation of the rotating electrical machine. Furthermore, the part of the pole wheel at which the chamfer is formed is traversed by the magnetic flux of the machine so that this part must not saturate, that is to say not present any restriction in the passage section of the magnetic flux. In addition, this chamfer can contribute to the emission of aerodynamic noise during the rotation of the rotor.
Il existe un besoin pour améliorer encore les rotors à griffes de machines électriques tournantes existantes.There is a need to further improve the claw rotors of existing rotating electrical machines.
L’invention a pour objet de répondre à ce besoin et elle y parvient, selon l’un de ses aspects, à l’aide d’un rotor pour machine électrique tournante, comprenant :The object of the invention is to meet this need and it achieves this, according to one of its aspects, with the aid of a rotor for a rotating electrical machine, comprising:
- un arbre tournant autour d’un axe,- a shaft rotating around an axis,
- une première roue polaire, comportant un fond s’étendant radialement de part et d’autre de l’axe, la roue définissant une série de griffes de forme globalement trapézoïdale, chaque griffe s'étendant axialement en direction de la deuxième roue polaire depuis une base disposée sur la périphérie radialement extérieure du fond, le fond présentant au niveau de chaque griffe une surface opposée à la direction d’extension des griffes, qui comprend :- a first pole wheel, comprising a bottom extending radially on either side of the axis, the wheel defining a series of claws of generally trapezoidal shape, each claw extending axially in the direction of the second pole wheel from a base arranged on the radially outer periphery of the bottom, the bottom having at the level of each claw a surface opposite to the direction of extension of the claws, which comprises:
- une portion radialement extérieure, et- a radially outer portion, and
- une portion radialement intérieure,- a radially inner portion,
l’angle entre la portion radialement extérieure et la portion radialement intérieure étant constant pour la première roue polaire et égal à une première valeur d’angle,the angle between the radially outer portion and the radially inner portion being constant for the first pole wheel and equal to a first angle value,
- une deuxième roue polaire, comportant un fond s’étendant radialement de part et d’autre de l’axe, la roue définissant une série de griffes de forme globalement trapézoïdale, chaque griffe s'étendant axialement en direction de la première roue polaire depuis une base disposée sur la périphérie radialement extérieure du fond, le fond présentant au niveau de chaque griffe une surface opposée à la direction d’extension des griffes, qui comprend :- a second pole wheel, comprising a bottom extending radially on either side of the axis, the wheel defining a series of claws of generally trapezoidal shape, each claw extending axially in the direction of the first pole wheel from a base arranged on the radially outer periphery of the bottom, the bottom having at the level of each claw a surface opposite to the direction of extension of the claws, which comprises:
- une portion radialement extérieure, et- a radially outer portion, and
- une portion radialement intérieure,- a radially inner portion,
l’angle entre la portion radialement extérieure et la portion radialement intérieure étant constant pour la deuxième roue polaire et égal à une deuxième valeur d’angle,the angle between the radially outer portion and the radially inner portion being constant for the second pole wheel and equal to a second angle value,
la première valeur d’angle étant différente de la deuxième valeur d’angle.the first angle value being different from the second angle value.
Selon l’invention, on choisit ainsi des valeurs différentes pour l’angle ménagé sur la première roue polaire et pour l’angle ménagé sur la deuxième roue polaire. Ces valeurs différentes peuvent permettre de créer une asymétrie et donc de réduire le bruit aérodynamique causé par la présence de ces angles au niveau du bord radialement extérieur du fond des roues polaires et de la rotation de ces surfaces inclinées en face des chignons de l’enroulement électrique du stator de la machine électrique tournante.According to the invention, different values are thus chosen for the angle formed on the first pole wheel and for the angle formed on the second pole wheel. These different values can make it possible to create an asymmetry and therefore reduce the aerodynamic noise caused by the presence of these angles at the level of the radially outer edge of the bottom of the pole wheels and the rotation of these inclined surfaces opposite the buns of the winding electricity of the stator of the rotating electric machine.
Chacun des premiers et deuxièmes angles peuvent être obtenus par chanfreinage des roues polaires.Each of the first and second angles can be obtained by chamfering the pole wheels.
Le rotor est par exemple intégré à une machine électrique tournante comprenant un composant électronique de puissance apte à être relié à un réseau de bord du véhicule, et la première roue polaire est par exemple plus proche de ce composant que ne l’est la deuxième roue polaire. La machine électrique tournante peut comprendre une poulie apte à être reliée au vilebrequin d’un moteur thermique du véhicule, auquel cas la deuxième roue polaire est plus proche de cette poulie que ne l’est la première roue polaire.The rotor is for example integrated into a rotating electrical machine comprising an electronic power component capable of being connected to an on-board network of the vehicle, and the first pole wheel is for example closer to this component than is the second wheel polar. The rotating electrical machine may comprise a pulley suitable for being connected to the crankshaft of a heat engine of the vehicle, in which case the second pole wheel is closer to this pulley than is the first pole wheel.
Au sens de la présente demande :For the purposes of this application:
- « axialement » signifie « parallèlement à l’axe de rotation de l’arbre »,- "axially" means "parallel to the axis of rotation of the shaft",
- « radialement » signifie « dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation de l’arbre et le long d’une droite coupant cet axe de rotation »,- "radially" means "in a plane perpendicular to the axis of rotation of the shaft and along a straight line intersecting this axis of rotation",
- « circonférentiellement » signifie « dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation de l’arbre et en se déplaçant autour de cet axe ».- "circumferentially" means "in a plane perpendicular to the axis of rotation of the shaft and moving around this axis".
Pour chaque roue polaire, la portion radialement extérieure de la surface de son fond opposée à la direction d’extension des griffes et la portion radialement intérieure de cette surface peuvent être planes.For each pole wheel, the radially outer portion of the surface of its bottom opposite to the direction of extension of the claws and the radially inner portion of this surface may be flat.
La première valeur d’angle peut différer de la deuxième valeur d’angle d’une valeur supérieure à 5% de la deuxième valeur d’angle.The first angle value may differ from the second angle value by more than 5% of the second angle value.
La première valeur d’angle peut être comprise entre 43,5° et 50,7° tandis que la deuxième valeur d’angle étant comprise entre 37,8° et 50,7°. Les inventeurs ont découvert que les plages de valeurs ci-dessus pour les roues polaires respectives avec des première et deuxième valeur d’angle différentes permettent que le rotor présente un compromis satisfaisant entre les paramètres suivants: bruit aérodynamique, déplacement sous centrifugation des griffes, et saturation magnétique dans les griffes. Dans un exemple spécifique, et de manière optimale, la première valeur d’angle est égale à 43,5° et la deuxième valeur d’angle est égale à 37,8°.The first angle value can be between 43.5° and 50.7° while the second angle value being between 37.8° and 50.7°. The inventors have discovered that the ranges of values above for the respective pole wheels with different first and second angle values allow the rotor to present a satisfactory compromise between the following parameters: aerodynamic noise, displacement under centrifugation of the claws, and magnetic saturation in the claws. In a specific example, and optimally, the first angle value is equal to 43.5° and the second angle value is equal to 37.8°.
Dans tout ce qui précède, la portion radialement extérieure de la surface du fond opposée à la direction d’extension des griffes peut présenter une dimension axiale supérieure à 5 mm.In all of the above, the radially outer portion of the surface of the bottom opposite to the direction of extension of the claws may have an axial dimension greater than 5 mm.
La portion radialement extérieure de la surface du fond peut être directement radialement dans le prolongement de la portion radialement intérieure de cette même surface pour chaque fond d’une roue polaire. Autrement dit, la surface du fond de la roue polaire opposée à la direction d’extension des griffes peut être constituée par la portion radialement intérieure à laquelle succède radialement parlant la portion radialement extérieure, sans autre portion radialement interposée. Dans une variante, une ou plusieurs portions intermédiaires peuvent être interposées entre la portion radialement extérieure et la portion radialement intérieure du fond.The radially outer portion of the bottom surface can be directly radially in the extension of the radially inner portion of this same surface for each bottom of a pole wheel. In other words, the surface of the bottom of the pole wheel opposite to the direction of extension of the claws can be constituted by the radially inner portion which succeeds radially speaking the radially outer portion, without any other radially interposed portion. Alternatively, one or more intermediate portions may be interposed between the radially outer portion and the radially inner portion of the bottom.
Quelle que soit la constitution de la surface du fond d’une roue polaire opposée à la direction d’extension des griffes de cette roue polaire, chacune de ces roues polaires peut avoir ses griffes présentant chacune un bord radialement intérieur et un bord radialement extérieur, le bord radialement extérieur de la griffe étant directement dans le prolongement de la portion radialement extérieure de ladite surface du fond de la roue polaire.Whatever the constitution of the surface of the bottom of a pole wheel opposite to the direction of extension of the claws of this pole wheel, each of these pole wheels can have its claws each having a radially inner edge and a radially outer edge, the radially outer edge of the claw being directly in the extension of the radially outer portion of said surface of the bottom of the pole wheel.
Dans ce cas, le bord radialement intérieur de la griffe peut être directement dans le prolongement d’une surface du fond de la roue polaire tournée vers l’autre roue polaire. En variante, le bord radialement intérieur de la griffe n’est pas dans le prolongement direct de cette surface du fond de la roue polaire, une surface intermédiaire étant interposée entre ce bord radialement intérieur et cette surface du fond de la roue polaire.In this case, the radially inner edge of the claw can be directly in the extension of a surface of the bottom of the pole wheel facing the other pole wheel. As a variant, the radially inner edge of the claw is not in direct extension of this surface of the bottom of the pole wheel, an intermediate surface being interposed between this radially inner edge and this surface of the bottom of the pole wheel.
La portion radialement intérieure de la surface du fond opposée à la direction d’extension de la griffe peut être parallèle à la surface du fond tournée vers l’autre roue polaire et en prolongement direct de laquelle est le bord radialement intérieur de la griffe. La roue polaire peut alors présenter dans sa zone radialement intérieure une forme de plateau, dont les surfaces d’extrémité axialement parlant peuvent toutes deux être sensiblement perpendiculaires à l’axe de rotation. Dans ce cas, le rapport entre le rayon de l’extrémité radialement extérieure de la portion radialement extérieure de la surface du fond opposée à la direction d’extension des griffes et le rayon de l’extrémité radialement intérieure de cette même portion peut être supérieur à 1,3. Toujours dans ce cas, et en combinaison ou indépendamment de la plage de valeurs ci-dessus pour le rapport précédent, le rapport entre le rayon de l’extrémité radialement extérieure de la surface du fond tournée vers l’autre roue polaire et le rayon de l’extrémité radialement intérieure de la surface du fond opposée à la direction d’extension des griffes peut être supérieur à 0,96.The radially inner portion of the surface of the bottom opposite to the direction of extension of the claw may be parallel to the surface of the bottom facing the other pole wheel and in direct extension of which is the radially inner edge of the claw. The pole wheel can then have in its radially inner zone the shape of a plate, the end surfaces of which, axially speaking, can both be substantially perpendicular to the axis of rotation. In this case, the ratio between the radius of the radially outer end of the radially outer portion of the surface of the bottom opposite to the direction of extension of the claws and the radius of the radially inner end of this same portion may be greater at 1.3. Also in this case, and in combination or independently of the above range of values for the previous ratio, the ratio between the radius of the radially outer end of the bottom surface facing the other pole wheel and the radius of the radially inner end of the bottom surface opposite the direction of extension of the claws may be greater than 0.96.
Dans une variante, la portion radialement intérieure de la surface du fond opposée à la direction d’extension des griffes n’est pas parallèle à la surface du fond tournée vers l’autre roue polaire et en prolongement direct de laquelle est le bord radialement intérieur de la griffe, cette surface du fond tournée vers l’autre roue polaire étant par exemple par contre parallèle à la portion radialement extérieure de la surface du fond opposée à la direction d’extension des griffes.In a variant, the radially inner portion of the surface of the bottom opposite to the direction of extension of the claws is not parallel to the surface of the bottom facing the other pole wheel and in direct extension of which is the radially inner edge of the claw, this bottom surface facing the other pole wheel being for example against parallel to the radially outer portion of the bottom surface opposite to the direction of extension of the claws.
Dans tout ce qui précède, le bord radialement extérieur de chaque griffe peut s’étendre exclusivement axialement, c’est-à-dire que sa distance à l’axe de rotation de l’arbre reste constante tout le long de la griffe. En variante, la distance du bord radialement extérieur de la griffe à l’axe de rotation de l’arbre peut ne pas être constante, décroissant par exemple de façon monotone lorsque l’on se déplace de la base de la griffe vers son extrémité libre.In all of the above, the radially outer edge of each claw can extend exclusively axially, i.e. its distance from the axis of rotation of the shaft remains constant all along the claw. Alternatively, the distance from the radially outer edge of the claw to the axis of rotation of the shaft may not be constant, for example decreasing monotonously when moving from the base of the claw towards its free end. .
Dans tout ce qui précède, le bord radialement intérieur de chaque griffe peut s’étendre exclusivement axialement, c’est-à-dire que sa distance à l’axe de rotation de l’arbre reste constante tout le long de la griffe. En variante, la distance du bord radialement intérieur de la griffe à l’axe de rotation de l’arbre peut ne pas être constante, croissant par exemple de façon monotone lorsque l’on se déplace de la base de la griffe vers son extrémité libre.In all of the above, the radially inner edge of each claw can extend exclusively axially, i.e. its distance from the axis of rotation of the shaft remains constant all along the claw. Alternatively, the distance from the radially inner edge of the claw to the axis of rotation of the shaft may not be constant, for example increasing monotonically as one moves from the base of the claw to its free end. .
Dans tout ce qui précède, le rotor peut comprendre une pluralité d’aimants permanents, chaque aimant permanent étant monté entre deux griffes consécutives circonférentiellement parlant du rotor. Chaque griffe peut présenter des faces circonférentielles dans lesquelles une gorge est ménagée pour accueillir une extrémité circonférentielle d’un aimant permanent. Chaque aimant est ainsi disposé circonférentiellement entre une griffe appartenant à la première roue polaire et une griffe appartenant à la deuxième roue polaire.In all of the above, the rotor may comprise a plurality of permanent magnets, each permanent magnet being mounted between two consecutive claws circumferentially speaking of the rotor. Each claw may have circumferential faces in which a groove is made to accommodate a circumferential end of a permanent magnet. Each magnet is thus disposed circumferentially between a claw belonging to the first pole wheel and a claw belonging to the second pole wheel.
Dans tout ce qui précède, chaque roue polaire peut comprendre un enroulement électrique d’excitation, bobiné autour de l’arbre, et disposé radialement à l’intérieur des griffes.In all of the above, each pole wheel may include an electric excitation winding, wound around the shaft, and arranged radially inside the claws.
Toujours dans ce qui précède, chaque roue polaire peut venir par sa portion radialement intérieure au contact de la portion radialement intérieure de l’autre roue polaire. En variante, le rotor peut comprendre un noyau qui est axialement interposé entre les portions radialement intérieures respectives des deux roues polaires.Still in the foregoing, each pole wheel can come by its radially inner portion into contact with the radially inner portion of the other pole wheel. As a variant, the rotor can comprise a core which is axially interposed between the respective radially inner portions of the two pole wheels.
Dans tout ce qui précède, l’une au moins des roues polaires, notamment chaque roue polaire, peut porter un ventilateur. Au moins une pale de ce ventilateur peut être fixée sur une portion radialement extérieure de la surface du fond de ladite roue polaire opposée à la direction d’extension des griffes de ladite roue polaire. Une telle disposition des pales peut permettre d’orienter l’air sur la majeure partie, voire la totalité de la hauteur du chignon correspondant de l’enroulement électrique du stator. Chacune des pales peut ne s’étendre que le long de ladite portion radialement extérieure de la surface du fond ou s’étendre également au-delà de cette portion.In all of the above, at least one of the pole wheels, in particular each pole wheel, can carry a fan. At least one blade of this fan can be fixed on a radially outer portion of the bottom surface of said pole wheel opposite to the direction of extension of the claws of said pole wheel. Such an arrangement of the blades can make it possible to direct the air over most, if not all, of the height of the corresponding bun of the electrical winding of the stator. Each of the blades may extend only along said radially outer portion of the surface of the bottom or also extend beyond this portion.
Chaque griffe de la roue polaire peut porter via ladite portion radialement extérieure une ou plusieurs pales de ventilateur. En variante, seules certaines griffes de la roue polaire portent une ou plusieurs pales, certaines griffes de cette roue polaire n’en portant pas.Each claw of the pole wheel can carry via said radially outer portion one or more fan blades. As a variant, only certain claws of the pole wheel carry one or more blades, certain claws of this pole wheel not carrying any.
Le ventilateur peut être rapporté sur la roue polaire, par exemple par collage, frettage, soudure.The fan can be attached to the pole wheel, for example by gluing, binding, welding.
Dans tout ce qui précède, le rotor peut comprendre un nombre de paires de pôles quelconque, par exemple six ou huit paires de pôles.In all of the above, the rotor may comprise any number of pairs of poles, for example six or eight pairs of poles.
Dans tout ce qui précède, le nombre de pales du ventilateur peut être impair. Le nombre de pales de chaque ventilateur est de préférence différent du nombre de paires de pôles du rotor.In all of the above, the number of fan blades may be odd. The number of blades of each fan is preferably different from the number of pairs of poles of the rotor.
L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, une machine électrique tournante pour la propulsion d’un véhicule électrique ou hybride, comprenant le rotor mentionné ci-dessus.Another subject of the invention, according to another of its aspects, is a rotating electric machine for the propulsion of an electric or hybrid vehicle, comprising the rotor mentioned above.
Cette machine électrique peut également comprendre un stator et ce dernier peut comprendre un enroulement électrique polyphasé, par exemple formé par des fils ou par des barres conductrices reliées les unes les autres.This electric machine can also comprise a stator and the latter can comprise a polyphase electric winding, for example formed by wires or by conductive bars connected to each other.
Comme déjà mentionné, la machine électrique tournante peut comprendre un composant électronique de puissance, apte à être connecté au réseau de bord du véhicule, la première roue polaire étant plus proche de ce composant électronique de puissance que la deuxième roue polaire. Ce composant électronique de puissance comprend par exemple un onduleur/redresseur permettant, selon que la machine électrique fonctionne en moteur ou en génératrice, de charger un réseau de bord du véhicule ou d’être électriquement alimenté depuis ce réseau. La machine électrique tournante peut encore comprendre une poulie ou tout autre moyen de liaison vers le reste du groupe motopropulseur du véhicule. La machine électrique est par exemple reliée, notamment via une courroie, au vilebrequin du moteur thermique du véhicule. En variante, la machine électrique est reliée à d’autres emplacement du groupe motopropulseur, par exemple à l’entrée de la boîte de vitesses du point de vue du couple transitant vers les roues du véhicule, en sortie de la boîte de vitesses du point de vue du couple transitant vers les roues du véhicule, au niveau de la boîte de vitesses du point de vue du couple transitant vers les roues du véhicule, ou encore sur le train avant ou le train arrière de ce groupe motopropulseur.As already mentioned, the rotating electrical machine can comprise an electronic power component, able to be connected to the on-board network of the vehicle, the first pole wheel being closer to this electronic power component than the second pole wheel. This electronic power component comprises for example an inverter/rectifier making it possible, depending on whether the electric machine operates as a motor or a generator, to charge an on-board network of the vehicle or to be electrically supplied from this network. The rotating electrical machine may also include a pulley or any other means of connection to the rest of the vehicle's powertrain. The electric machine is for example connected, in particular via a belt, to the crankshaft of the heat engine of the vehicle. As a variant, the electric machine is connected to other locations of the powertrain, for example at the input of the gearbox from the point of view of the torque transiting towards the wheels of the vehicle, at the output of the gearbox from the point from the point of view of the torque transiting towards the wheels of the vehicle, at the level of the gearbox from the point of view of the torque transiting towards the wheels of the vehicle, or even on the front axle or the rear axle of this powertrain.
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d’exemples non limitatifs de mise en œuvre de celle-ci et à l’examen du dessin annexé sur lequel:The invention can be better understood on reading the following description of non-limiting examples of its implementation and on examining the appended drawing in which:
On a représenté sur la figure 1 une machine électrique tournante 1 polyphasée, notamment pour véhicule automobile. Cette machine électrique tournante peut former un alternateur ou un alterno-démarreur du véhicule. Cette machine électrique tournante peut être alimentée via un composant électronique de puissance 9 comprenant un onduleur/redresseur par une batterie dont la tension nominale est de 48V ou d’une valeur supérieure à 300V, par exemple.There is shown in Figure 1 a rotating electrical machine 1 polyphase, in particular for a motor vehicle. This rotating electrical machine can form an alternator or an alternator-starter of the vehicle. This rotating electrical machine can be powered via a power electronic component 9 comprising an inverter/rectifier by a battery whose nominal voltage is 48V or a value greater than 300V, for example.
La machine électrique tournante 1 comporte un carter 2. A l'intérieur de ce carter 2, elle comporte, en outre, un arbre 3, un rotor 4 solidaire en rotation de l’arbre 3 et un stator 5 entourant le rotor 4. Le mouvement de rotation du rotor 4 se fait autour d’un axe X. Dans cet exemple, le carter 2 comporte un palier avant 6 et un palier arrière 7 qui sont assemblés ensemble. Ces paliers 6, 7 sont de forme creuse et portent, chacun, centralement un roulement à billes 10, 11 respectif pour le montage à rotation de l'arbre 3.The rotating electrical machine 1 comprises a casing 2. Inside this casing 2, it further comprises a shaft 3, a rotor 4 integral in rotation with the shaft 3 and a stator 5 surrounding the rotor 4. The rotational movement of the rotor 4 takes place around an axis X. In this example, the casing 2 comprises a front bearing 6 and a rear bearing 7 which are assembled together. These bearings 6, 7 are hollow in shape and each carry, centrally, a respective ball bearing 10, 11 for the rotational mounting of the shaft 3.
Une poulie 12 est dans l’exemple considéré fixée sur une extrémité avant de l’arbre 3, au niveau du palier avant 6, par exemple à l’aide d’un écrou en appui sur le fond de la cavité de cette poulie. Cette poulie 12 permet de transmettre le mouvement de rotation à l’arbre 3 et elle peut être reliée via une courroie au vilebrequin du moteur thermique du véhicule.A pulley 12 is in the example considered fixed on a front end of the shaft 3, at the level of the front bearing 6, for example using a nut resting on the bottom of the cavity of this pulley. This pulley 12 makes it possible to transmit the rotational movement to the shaft 3 and it can be connected via a belt to the crankshaft of the heat engine of the vehicle.
L’extrémité arrière de l’arbre 3 porte, ici, des bagues collectrices appartenant à un collecteur et reliées par des liaisons filaires au bobinage. Des balais appartenant à un porte-balais 8 sont disposés de façon à frotter sur les bagues collectrices.The rear end of shaft 3 carries, here, slip rings belonging to a collector and connected by wire connections to the winding. Brushes belonging to a brush holder 8 are arranged so as to rub on the slip rings.
Le palier avant 6 et le palier arrière 7 peuvent comporter, en outre, des ouvertures sensiblement latérales pour le passage de l’air en vue de permettre le refroidissement de la machine électrique tournante par circulation d'air engendrée par la rotation d’un ventilateur avant 13 sur la face dorsale avant du rotor 4, c’est-à-dire au niveau du palier avant 6 et d’un ventilateur arrière 14 sur la face dorsale arrière du rotor, c’est-à-dire au niveau du palier arrière 7.The front bearing 6 and the rear bearing 7 may also comprise substantially lateral openings for the passage of air in order to allow the cooling of the rotary electrical machine by circulation of air generated by the rotation of a fan. front 13 on the front dorsal face of the rotor 4, that is to say at the level of the front bearing 6 and of a rear fan 14 on the rear dorsal face of the rotor, that is to say at the level of the bearing rear 7.
Dans cet exemple de réalisation, le stator 5 comporte un corps 15 en forme d'un paquet de tôles doté d'encoches, par exemple du type semi fermée ou ouverte, équipées d’isolant d’encoches pour le montage de l’enroulement électrique polyphasé du stator. Chaque phase comporte un enroulement 16 traversant les encoches du corps 15 et formant, avec toutes les phases, un chignon avant et un chignon arrière de part et d'autre du corps du stator. Les enroulements 16 sont par exemple obtenus à partir d’un fil continu recouvert d’émail ou à partir d’éléments conducteurs en forme de barre tels que des épingles reliées entre elles. L’enroulement électrique du stator est par exemple triphasé, mettant alors en œuvre un montage en étoile ou en triangle dont les sorties sont reliées au composant électronique de puissance 9.In this embodiment, the stator 5 comprises a body 15 in the form of a stack of laminations provided with notches, for example of the semi-closed or open type, equipped with notch insulation for mounting the electric winding polyphase of the stator. Each phase comprises a winding 16 passing through the notches of the body 15 and forming, with all the phases, a front bun and a rear bun on either side of the body of the stator. The windings 16 are for example obtained from a continuous wire covered with enamel or from conductive elements in the form of a bar such as pins connected together. The electrical winding of the stator is for example three-phase, then implementing a star or triangle connection, the outputs of which are connected to the electronic power component 9.
Le rotor 4 de la figure 1 est un rotor à griffe. Il comporte deux roues polaires 17. La première roue polaire 17 est tournée vers le composant électronique de puissance 9 tandis que la deuxième roue polaire 17 est tournée vers la poulie 12.The rotor 4 of FIG. 1 is a claw rotor. It comprises two pole wheels 17. The first pole wheel 17 is turned towards the electronic power component 9 while the second pole wheel 17 is turned towards the pulley 12.
Chacune des roues polaires 17 comprend un fond 18 s’étendant radialement de part et d’autre de l’axe X, la roue définissant une série de griffes 19 de forme globalement trapézoïdale. Chaque griffe d’une roue polaire 17 s'étend axialement en direction de l’autre roue polaire depuis une base disposée sur la périphérie radialement extérieure du fond 18.Each of the pole wheels 17 comprises a bottom 18 extending radially on either side of the axis X, the wheel defining a series of claws 19 of generally trapezoidal shape. Each claw of a pole wheel 17 extends axially in the direction of the other pole wheel from a base arranged on the radially outer periphery of the bottom 18.
Comme on le verra par la suite, le fond 18 peut présenter au niveau de chaque griffe une surface opposée à la direction d’extension de cette griffe 19, qui comprend : une portion radialement extérieure 40, et une portion radialement intérieure 41. Dans l’exemple représenté, la portion radialement extérieure 40 est directement dans le prolongement radial de la portion radialement intérieure 41, mais l’invention n’est pas limitée à un tel exemple. Une ou plusieurs portions intermédiaires peuvent être radialement interposées entre cette portion radialement extérieure 40 et cette portion radialement intérieure 41.As will be seen subsequently, the bottom 18 may have at the level of each claw a surface opposite to the direction of extension of this claw 19, which comprises: a radially outer portion 40, and a radially inner portion 41. In the example shown, the radially outer portion 40 is directly in the radial extension of the radially inner portion 41, but the invention is not limited to such an example. One or more intermediate portions may be radially interposed between this radially outer portion 40 and this radially inner portion 41.
Chaque roue polaire 17 vient dans l’exemple de la figure 1 en contact axialement parlant avec l’autre roue polaire 17 du rotor via une portion radialement intérieure 20 de cette roue qui peut être cylindrique.Each pole wheel 17 comes in the example of Figure 1 in axially speaking contact with the other pole wheel 17 of the rotor via a radially inner portion 20 of this wheel which may be cylindrical.
Le rotor 4 comporte encore, entre les portions radialement intérieures 20 et les griffes 19, une bobine 21 comportant, ici, un moyeu de bobinage et un bobinage électrique sur ce moyeu. La bobine 21 peut être bobinée sur un isolant de bobine 22.The rotor 4 further comprises, between the radially inner portions 20 and the claws 19, a coil 21 comprising, here, a winding hub and an electric winding on this hub. Coil 21 can be wound on coil insulator 22.
Le rotor 4 peut également comporter des aimants permanents (non représentés) interposés entre deux griffes 19 voisines à la périphérie externe du rotor. En variante, le rotor 4 peut être dépourvu de tels aimants permanents.The rotor 4 may also include permanent magnets (not shown) interposed between two adjacent claws 19 at the outer periphery of the rotor. As a variant, the rotor 4 can be devoid of such permanent magnets.
Le nombre de paires de pôles défini par le rotor 4 peut être quelconque, par exemple être égal à six ou à huit.The number of pairs of poles defined by the rotor 4 can be arbitrary, for example be equal to six or eight.
Comme on peut le voir, pour chaque roue polaire 17, la portion radialement extérieure 40 de la surface du fond 18 de cette roue polaire 17 opposée à la direction d’extension des griffes 19 est inclinée par rapport à la portion radialement intérieure 41 de cette même surface. Chacune de ces portions est ici plane.As can be seen, for each pole wheel 17, the radially outer portion 40 of the bottom surface 18 of this pole wheel 17 opposite to the direction of extension of the claws 19 is inclined with respect to the radially inner portion 41 of this same area. Each of these portions is flat here.
L’invention consiste à prévoir pour l’angle aigu α1ménagé entre lesdites portions 40 et 41 pour la première roue polaire 17 une même première valeur constante sur cette première roue polaire 17 qui est différente de la deuxième valeur α2qui est constante sur la deuxième roue polaire pour l’angle aigu ménagé entre les portions 40 et 41 pour cette deuxième roue polaire 17. Cette différence entre la première et la deuxième valeur peut être égale à au moins 5% de la deuxième valeur.The invention consists in providing for the acute angle α 1 formed between said portions 40 and 41 for the first pole wheel 17 a same first constant value on this first pole wheel 17 which is different from the second value α 2 which is constant on the second pole wheel for the acute angle formed between the portions 40 and 41 for this second pole wheel 17. This difference between the first and the second value can be equal to at least 5% of the second value.
La première valeur d’angle est par exemple comprise entre 43,5° et 50,7° et la deuxième valeur d’angle est par exemple comprise entre 37,8° et 50,7°.The first angle value is for example between 43.5° and 50.7° and the second angle value is for example between 37.8° and 50.7°.
La figure 7 correspond à des simulations réalisées sur une machine à six paires de pôles avec un rotor de diamètre extérieur égal à 107,35 mm, un stator de diamètre extérieur de 137 mm et un courant nominal de 250 A au stator en fonctionnement en génératrice.Figure 7 corresponds to simulations carried out on a machine with six pairs of poles with a rotor with an external diameter equal to 107.35 mm, a stator with an external diameter of 137 mm and a nominal current of 250 A at the stator in generator operation .
Comme le montre la figure 7, dont les résultats sont par ailleurs conformes aux essais avec une vraie machine, le choix de valeurs différentes pour la première valeur pour l’angle α1et de la deuxième valeur pour l’angle α2dans les plages précitées conduit à un compromis entre les contraintes suivantes:As shown in Figure 7, the results of which are otherwise consistent with tests with a real machine, the choice of different values for the first value for the angle α 1 and the second value for the angle α 2 in the ranges above leads to a compromise between the following constraints:
- courbe 100 correspondant au bruit aérodynamique en dB de la 6èmeharmonique à 18000 tr/min,- curve 100 corresponding to the aerodynamic noise in dB of the 6th harmonic at 18000 rpm,
- courbe 101 correspondant au déplacement en mm de l’extrémité radialement extérieure des griffes 19 à 22000 tr/min,- curve 101 corresponding to the displacement in mm of the radially outer end of claws 19 at 22000 rpm,
- courbe 102 correspondant au courant de sortie du stator à 1500 tr/min, et- curve 102 corresponding to the output current of the stator at 1500 rpm, and
- courbe 103 correspondant au niveau de bruit global en dB.- curve 103 corresponding to the overall noise level in dB.
Selon le premier exemple de mise en œuvre des figures 2 et 3, le bord radialement intérieur 45 de chaque griffe 19 est directement dans le prolongement d’une surface 46 du fond 18 de la roue polaire 17 tournée vers l’autre roue polaire 17, et cette surface 46 est parallèle à la portion radialement intérieure 41 de la surface de ce fond 18 opposée à la direction d’extension des griffes 19. Ces surfaces parallèles sont ainsi toutes deux perpendiculaires à l’axe X. Dans cet exemple de mise en œuvre, le rapport entre le rayon R1 de l’extrémité radialement extérieure de la portion radialement extérieure 40 et le rayon R3 de l’extrémité radialement intérieure de cette même portion 40 peut être supérieur à 1,3 et le rapport entre le rayon R2 de l’extrémité radialement extérieure de la surface 46 du fond 18 et le rayon R3 précité peut être supérieur à 0,96.According to the first example of implementation of Figures 2 and 3, the radially inner edge 45 of each claw 19 is directly in the extension of a surface 46 of the bottom 18 of the pole wheel 17 facing the other pole wheel 17, and this surface 46 is parallel to the radially inner portion 41 of the surface of this bottom 18 opposite to the direction of extension of the claws 19. These parallel surfaces are thus both perpendicular to the axis X. work, the ratio between the radius R1 of the radially outer end of the radially outer portion 40 and the radius R3 of the radially inner end of this same portion 40 may be greater than 1.3 and the ratio between the radius R2 of the radially outer end of the surface 46 of the bottom 18 and the aforementioned radius R3 may be greater than 0.96.
Selon le deuxième exemple de mise en œuvre des figures 4 et 5, le bord radialement intérieur 45 de chaque griffe 19 est directement dans le prolongement d’une surface 46 du fond 18 de la roue polaire 17 tournée vers l’autre roue polaire 17. Cette surface 46 est ici parallèle à la portion radialement extérieure 40 de la surface de ce fond 18 opposée à la direction d’extension des griffes 19. Selon ce deuxième exemple de mise en œuvre, le rapport entre les rayons R1 et R3 précités peut être supérieur à 1, 1, étant par exemple compris entre 1,1 et 1,3.According to the second example of implementation of Figures 4 and 5, the radially inner edge 45 of each claw 19 is directly in the extension of a surface 46 of the bottom 18 of the pole wheel 17 facing the other pole wheel 17. This surface 46 is here parallel to the radially outer portion 40 of the surface of this bottom 18 opposite to the direction of extension of the claws 19. According to this second example of implementation, the ratio between the aforementioned radii R1 and R3 can be greater than 1, 1 being for example between 1.1 and 1.3.
La figure 6 représente une variante du deuxième exemple de mise en œuvre dans laquelle le bord radialement intérieur 45 de chaque griffe 19 n’est pas directement dans le prolongement d’une surface 46 du fond 18 de la roue polaire 17 tournée vers l’autre roue polaire 17, une surface intermédiaire 49 étant interposée entre le bord 45 et la surface 46.FIG. 6 represents a variant of the second example of implementation in which the radially inner edge 45 of each claw 19 is not directly in the extension of a surface 46 of the bottom 18 of the pole wheel 17 facing the other pole wheel 17, an intermediate surface 49 being interposed between edge 45 and surface 46.
Dans tout ce qui précède, les premiers et deuxièmes angles peuvent être obtenus par chanfreinage des roues polaires 17.In all of the above, the first and second angles can be obtained by chamfering the pole wheels 17.
L’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits. Ainsi, contrairement à ce qui est représenté sur la figure 1, l’un au moins des ventilateurs 13 et 14 n’est pas nécessairement une pièce monobloc rapportée sur une face dorsale du rotor 4.The invention is not limited to the examples which have just been described. Thus, contrary to what is represented in FIG. 1, at least one of the fans 13 and 14 is not necessarily a one-piece part attached to a dorsal face of the rotor 4.
Chaque portion radialement extérieure 41 d’une roue polaire 17 peut porter une pale 50 de ventilateur fixée sur celle-ci, de sorte que le ventilateur correspondant est formé par la réunion de pales discrètes.Each radially outer portion 41 of a pole wheel 17 can carry a fan blade 50 fixed thereto, so that the corresponding fan is formed by the union of discrete blades.
En variante, seules certaines portions radialement extérieures 41 d’une roue polaire 17 portent une ou plusieurs pales, d’autres de ces portions 41 ne portant pas de pales. On assure ainsi que le nombre de pales du ventilateur est différent du nombre de paires de pôles du rotor. Il y a par exemple un nombre impair de pales 50.As a variant, only certain radially outer portions 41 of a pole wheel 17 carry one or more blades, others of these portions 41 not carrying any blades. This ensures that the number of fan blades is different from the number of rotor pole pairs. There is for example an odd number of blades 50.
Claims (13)
- un arbre tournant autour d’un axe,
- une première roue polaire (17), comportant un fond (18) s’étendant radialement de part et d’autre de l’axe (X), la roue définissant une série de griffes (19) de forme globalement trapézoïdale, chaque griffe s'étendant axialement en direction de la deuxième roue polaire (17) depuis une base disposée sur la périphérie radialement extérieure du fond, le fond présentant au niveau de chaque griffe (19) une surface opposée à la direction d’extension des griffes (19), qui comprend:
- une portion radialement extérieure (40), et
- une portion radialement intérieure (41),
l’angle (α1) entre la portion radialement extérieure (40) et la portion radialement intérieure (41) étant constant pour la première roue polaire (17) et égal à une première valeur d’angle,
- une deuxième roue polaire (17), comportant un fond (18) s’étendant radialement de part et d’autre de l’axe (X), la roue définissant une série de griffes (19) de forme globalement trapézoïdale, chaque griffe s'étendant axialement en direction de la première roue polaire (17) depuis une base disposée sur la périphérie radialement extérieure du fond, le fond présentant au niveau de chaque griffe (19) une surface opposée à la direction d’extension des griffes (19), qui comprend:
- une portion radialement extérieure (40), et
- une portion radialement intérieure (41),
l’angle (α2) entre la portion radialement extérieure (40) et la portion radialement intérieure (41) étant constant pour la deuxième roue polaire et égal à une deuxième valeur d’angle,
la première valeur d’angle étant différente de la deuxième valeur d’angle.Rotor (4) for a rotating electrical machine, comprising:
- a shaft rotating around an axis,
- a first pole wheel (17), comprising a base (18) extending radially on either side of the axis (X), the wheel defining a series of claws (19) of generally trapezoidal shape, each claw extending axially in the direction of the second pole wheel (17) from a base arranged on the radially outer periphery of the bottom, the bottom having at the level of each claw (19) a surface opposite to the direction of extension of the claws (19 ), including:
- a radially outer portion (40), and
- a radially inner portion (41),
the angle (α 1 ) between the radially outer portion (40) and the radially inner portion (41) being constant for the first pole wheel (17) and equal to a first angle value,
- a second pole wheel (17), comprising a base (18) extending radially on either side of the axis (X), the wheel defining a series of claws (19) of generally trapezoidal shape, each claw extending axially in the direction of the first pole wheel (17) from a base arranged on the radially outer periphery of the bottom, the bottom having at the level of each claw (19) a surface opposite to the direction of extension of the claws (19 ), including:
- a radially outer portion (40), and
- a radially inner portion (41),
the angle (α 2 ) between the radially outer portion (40) and the radially inner portion (41) being constant for the second pole wheel and equal to a second angle value,
the first angle value being different from the second angle value.
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2020
- 2020-10-07 WO PCT/EP2020/078036 patent/WO2021099023A1/en active Application Filing
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