FR3105636A1 - Rotor de machine electrique tournante - Google Patents

Abstract

ROTOR DE MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE Rotor (1) de machine électrique, tournant autour d’un axe de rotation (X), le rotor comportant : - un arbre (5) disposé sur l’axe de rotation (X), - une masse rotorique (3) s’étendant selon l’axe de rotation (X) et disposée autour de l’arbre, le rotor comportant au moins une rainure (12) formée dans l’arbre (5) et au moins une languette (14) formée sur la masse rotorique (3), la languette coopérant avec la rainure pour la transmission de couple entre la masse rotorique et l’arbre, la ou les languettes (14) subissant un rabotage lors de l’insertion de la masse rotorique (3) sur l’arbre (5). Figure pour l’abrégé : Fig. 2

Description

ROTOR DE MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE

La présente invention concerne le domaine des machines électriques tournantes et plus particulièrement les rotors de telles machines. L’invention s’intéresse notamment au montage du rotor sur un arbre de la machine, et en particulier à la liaison entre l’arbre et une masse rotorique du rotor.

L’invention porte plus particulièrement sur les machines synchrones ou asynchrones, à courant alternatif. Elle concerne notamment les machines de traction ou de propulsion de véhicules automobiles électriques (Battery Electric Vehicle) et/ou hybrides (Hybrid Electric Vehicle–Plug-in Hybrid Electric Vehicle), telles que voitures individuelles, camionnettes, camions ou bus. L’invention s’applique également à des machines électriques tournantes pour des applications industrielles et/ou de production d’énergie, notamment navales, aéronautiques ou éoliennes.

Il est connu de réaliser un rotor comportant une liaison entre l’arbre et le reste du rotor. Dans EP 2549624, cette liaison comporte une déformation radiale de dents. Dans JP 4602784 B2, on a une déformation des tôles dans l’axe de la machine.

Cependant, dans le cas de machines destinées à tourner à des vitesses de rotation élevées, il existe un risque que la masse rotorique du rotor ne s’étire sous l’effet de la vitesse, phénomène également nommé dilatation centrifuge. Dans le cas où la masse rotorique est fixée par serrage sur l’arbre de la machine, il faut alors augmenter le serrage, afin de garantir une pression de contact suffisante à haute vitesse. Des efforts d’emmanchement trop élevés peuvent dans certains cas conduire à une déformation de l’arbre, et une déformation des tôles hors plan peut se manifester par des déformations axiales irrégulières de la masse rotorique.

On peut également avoir des interférences électromagnétiques plus importantes, et un risque plus important de détachement brutal, en cas de couple trop élevé ou de chocs.

Il existe donc un besoin pour bénéficier d’un rotor de machine électrique tournante permettant une mise en place aisée et moins coûteuse, et une utilisation plus simple et plus sûre.

L’invention vise à répondre à ce besoin et elle y parvient, selon l’un de ses aspects, grâce à un rotor de machine électrique, tournant autour d’un axe de rotation X, le rotor comportant:

- un arbre disposé sur l’axe de rotation X,

- une masse rotorique s’étendant selon l’axe de rotation X et disposée autour de l’arbre,

le rotor comportant au moins une rainure formée dans l’arbre et au moins une languette formée sur la masse rotorique, la languette coopérant avec la rainure pour la transmission de couple entre la masse rotorique et l’arbre, la ou les languettes subissant un rabotage lors de l’insertion de la masse rotorique sur l’arbre.

Les moyens de transmission de couple permettent l’entraînement en rotation de la masse rotorique par l’arbre ou de l’arbre par la masse rotorique. La coopération de la ou des languettes et de la ou des rainures permet de rendre l’arbre et la masse rotorique solidaires en rotation.

Le rabotage des languettes peut permettre l’existence d’une précontrainte dans les moyens de transmission de couple, laquelle favorise la solidité de la liaison entre l’arbre et la masse rotorique. On évite ainsi le risque de détachement brutal, même en cas de couple élevé. La ou les languettes peuvent se déformer lors de l’utilisation du rotor, mais sans induire de jeu avec l’arbre. On assure une transmission de couple très efficace quelle que soit la vitesse de rotation, sans précontraintes excessives sur la masse rotorique.

La languette peut être de préférence, avant l’insertion de la masse rotorique sur l’arbre, un peu plus large que la rainure. Lors de l’insertion, l’arête frontale de la rainure vient découper la languette à l’exacte largeur de la rainure.

La mise en œuvre de l’invention permet d’éviter d’avoir besoin de dimensionnements très précis et d’un usinage de grande précision, grâce au rabotage des languettes. L’absence de jeu entre la masse rotorique et l’arbre permet néanmoins les inversions de couple nécessaires. Le coût est donc diminué. Un dimensionnement judicieux permet de garantir la transmission du couple, tout en limitant l’effort de montage.

Dans un mode de réalisation, l’arbre peut être réalisé dans un matériau d’une dureté supérieure à 400 HV, mieux supérieure à 500 HV, voire encore supérieure à 600 HV, étant par exemple un acier dur de dureté supérieure à 650 HV.

Dans un mode de réalisation, la masse rotorique peut être réalisée dans un matériau d’une dureté inférieure à 300 HV, mieux inférieure à 250 HV, voire encore inférieure à 220 HV, étant par exemple de l’ordre de 200 HV.

Dans un mode de réalisation, la ou les rainures comportent deux flancs latéraux, chaque languette s’appuyant sur les deux flancs de la rainure.

Chaque languette peut coopérer avec une rainure. En variante, deux ou plusieurs languettes peuvent coopérer avec une même rainure. Le rotor peut comporter une unique rainure, avec laquelle coopèrent deux languettes. Dans ce cas, les deux languettes peuvent s’insérer dans la même rainure, appuyant chacune sur un flanc de la rainure.

Le rotor peut comporter plusieurs rainures et plusieurs languettes, par exemple un nombre pair de languettes ou un nombre impair de languettes, chaque languette pouvant coopérer avec une rainure ou deux languettes coopérant avec une rainure. Chaque rainure peut coopérer avec une ou plusieurs languettes, notamment une ou deux languettes.

Dans un mode de réalisation, le rotor comporte une rainure et une languette.

En variante, le rotor peut comporter au moins deux rainures et deux languettes, chaque languette coopérant avec une rainure. Les deux languettes et les deux rainures peuvent être respectivement symétriques l’une de l’autre par rapport à un plan P de symétrie contenant l’axe de rotation X du rotor. Le rotor peut comporter un nombre pair de languettes, chaque languette coopérant avec une rainure, voire deux languettes coopérant avec une même rainure, voire un nombre pair de rainures et de languettes, chaque languette coopérant avec une seule rainure. En variante, le rotor peut comporter un nombre impair de languettes, chaque languette coopérant par exemple avec une rainure.

En variante, le rotor comporte quatre rainures et quatre languettes, chaque languette coopérant avec une rainure. En variante encore, le rotor comporte trois rainures et trois languettes, chaque languette coopérant avec une rainure.

La languette peut être formée sur la masse rotorique, et la rainure dans l’arbre. Cette configuration est avantageuse notamment quand la masse rotorique peut se déformer plus facilement que l’arbre, dans la mesure où la languette subit un rabotage. C’est par exemple le cas lorsque la masse rotorique est formée d’un empilement de tôles. En dehors de la ou des rainures, l’arbre est de section transversale circulaire. La languette est de préférence formée dans un alésage central de la masse rotorique destiné à recevoir l’arbre du rotor. Le découpage de la ou des languettes peut être favorisé par le feuilletage de la masse rotorique, chaque tôle de la masse rotorique pouvant se cisailler indépendamment de ses voisines.

Dans une variante de réalisation, la languette est symétrique par rapport à un plan contenant l’axe de rotation. La languette peut en outre être symétrique par rapport à la rainure. Grâce à cette symétrie, on vient raboter la languette de manière équilibrée lors de son insertion dans la rainure. En section transversale, la languette peut comporter un premier bord latéral destiné à venir en contact avec la rainure et deuxième bord latéral également destiné à être en contact avec la rainure. Ces deux bords latéraux peuvent être sensiblement rectilignes, voir entièrement rectilignes, ou convexes. Ils peuvent s’étendre sensiblement parallèlement à un axe radial du rotor, voire entièrement parallèlement à un axe radial du rotor. En section transversale, la languette peut comporter un troisième bord circonférentiel qui peut, avant insertion de l’arbre dans la masse rotorique, s’étendre sensiblement circonférentiellement. Ce troisième bord circonférentiel n’est pas destiné à être en contact avec la rainure. Une telle configuration de la languette permet de s’affranchir des problèmes de tolérances dimensionnelles.

Par ailleurs, le dimensionnement de la ou des rainures peut également s’affranchir des problèmes de tolérances dimensionnelles. Une grande tolérance de leur dimensionnement est possible. La ou les rainures peuvent être réalisées par fraisage simple.

La rainure peut comporter une arête vive d’entrée, qui permet de favoriser le cisaillement de la languette.

Le rabotage de la languette peut avoir lieu dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation X du rotor. La languette est rabotée dans une direction circonférentielle. Pour l’essentiel, la languette ne se déforme pas radialement, ni axialement. Les copeaux issus du rabotage peuvent être évacués en bout d’arbre dans la direction axiale.

La ou les languettes peuvent comporter à leur base au moins une nervure latérale, voire deux nervures latérales de part et d’autre. La ou les nervures s’étendent longitudinalement. La ou les nervures permettent le rabotage aisé de la languette. Elles permettent également d’éviter tout contact éventuel entre la masse rotorique et l’arbre, notamment une ou des arêtes de l’arbre au niveau de la rainure.

Dans un mode de réalisation, le rotor peut comporter une rainure qui, dans une première section transversale donnée du rotor, ne coopère pas avec une languette. Une languette peut coopérer avec ladite rainure dans une deuxième section transversale du rotor éloignée de la première section transversale. Le rotor peut par exemple comporter trois rainures et deux languettes, chaque languette coopérant avec une rainure et une rainure restant dépourvue de languette, dans une section transversale donnée.

La ou les rainures et les languettes peuvent être configurées de manière à permettre une transmission de couple dans les deux sens, quel que soit le sens de rotation du rotor, aussi bien avec un couple positif, en cas d’accélération, qu’avec un couple négatif, en cas de freinage, grâce à des zones de contact entre la ou les rainures et les languettes qui sont opposées dans la direction orthoradiale.

La ou les rainures peuvent présenter des flancs non parallèles, par exemple dans le cas d’une section de rainure évasée. Les flancs de rainure peuvent être rectilignes ou non. Les flancs de rainure peuvent présenter par exemple une forme convexe, par exemple analogue à celle d’un flanc de denture d’engrenage.

Dans un mode de réalisation, les deux languettes et les deux rainures peuvent être respectivement symétriques l’une de l’autre par rapport à un plan de symétrie contenant l’axe de rotation. Une telle configuration symétrique permet une transmission de couple dans les deux sens, quel que soit le sens de rotation du rotor, aussi bien avec un couple positif, en cas d’accélération, qu’avec un couple négatif, en cas de freinage.

Tôles

La masse rotorique est de préférence formée d’un empilement de tôles, notamment de tôles toutes sensiblement identiques, à savoir au moins identiques du côté de l’arbre. Les tôles sont magnétiques. Les tôles de la masse rotorique peuvent être toutes identiques du côté de leur coopération avec l’arbre. En particulier, la masse rotorique peut ne pas être massive. Les languettes sont réalisées d’un seul tenant avec les tôles.

Au moins une tôle, mieux toutes les tôles, peuvent être de telle sorte que l’empilement de tôles comporte au moins une tôle décalée angulairement autour de l’axe de rotation par rapport à une autre tôle, les tôles étant décalées d’un angle donné les unes par rapport aux autres, par exemple d’un angle de 90° ou 120° ou 180°.

Dans un mode de réalisation, une tôle peut comporter une unique languette coopérant avec une unique rainure de l’arbre, la masse rotorique comportant des tôles disposées dans un sens et des tôles retournées dans l’autre sens.

L’empilement de tôles de la masse rotorique peut comporter des tôles disposées dans un sens et des tôles retournées dans l’autre sens. Les tôles peuvent être retournées par paquets, l’empilement de tôles de la masse rotorique comportant une alternance de paquets des tôles disposées dans un sens et de paquets de tôles retournées dans l’autre sens. On obtient ainsi une répartition plus homogène des contraintes dans le rotor. Les performances de la machine en sont améliorées, notamment en termes de vibrations, de bruit, et d’ondulations de couple.

Au moins une tôle, mieux toutes les tôles, peuvent être configurées de telle sorte que l’empilement de tôles comporte au moins une tôle décalée angulairement autour de l’axe de rotation par rapport à une autre tôle.

Ainsi, avec une seule forme de tôle on peut obtenir plusieurs positions angulaires différentes. Pour une forme de tôle, on peut avoir plusieurs positions angulaires différentes possibles, ce nombre étant inférieur ou égal à deux fois le nombre de rainures, et étant en outre inférieur ou égal à deux fois le nombre de motifs cycliques du rotor. On entend par « motif cyclique » les caractéristiques géométriques ou magnétiques qui se reproduisent quand on tourne autour du rotor, par exemple les paires de pôles ou les encoches.

On peut décaler angulairement une tôle d’autant qu’un motif cyclique, de façon à obtenir autant de positions angulaires que de rainures, par exemple deux, trois ou quatre fois, à condition que le nombre de rainures soit un sous-multiple du nombre de motifs cycliques.

On peut également retourner une tôle de 180° autour d’un axe de diamétral choisi perpendiculairement à l’axe de rotation du rotor, de façon à la disposer dans l’autre sens, comme mentionné ci-dessus. Ainsi, on peut utiliser une seule et même tôle pour réaliser jusqu’à deux fois le nombre de motifs cycliques, et le nombre de rainures à usiner dans l’arbre est réduit.

Dans un exemple de réalisation, un rotor à quatre pôles comporte deux motifs cycliques. On peut donc avoir quatre positions différentes avec une seule et même forme de tôle. Deux rainures et une languette permettent de réaliser ces quatre positions.

Dans un autre exemple de réalisation, un rotor à six pôles comporte trois motifs cycliques. On peut donc avoir six positions différentes avec une seule et même forme de tôle. Trois rainures et une languette permettent de réaliser ces six positions.

Rotor

Le rotor peut comporter des aimants permanents, avec notamment des aimants surfaciques ou enterrés. Le rotor peut être à concentration de flux. Il peut comporter une ou plusieurs couches d’aimants disposées en I, en U ou en V.

En variante, il peut s’agir d’un rotor bobiné ou à cage d’écureuil, ou d’un rotor à réluctance variable.

Le nombre de pôles P au rotor est par exemple compris entre 4 et 48, étant par exemple de 4, 6, 8, 10 ou 12.

Le diamètre du rotor peut être inférieur à 400 mm, mieux inférieur à 300 mm, et supérieur à 50 mm, mieux supérieur à 70 mm, étant par exemple compris entre 100 et 200 mm.

Les logements des aimants permanents peuvent être réalisées entièrement par découpage dans les tôles. Chaque tôle de l’empilement de tôles peut être monobloc.

Chaque tôle est par exemple découpée dans une feuille d’acier magnétique ou contenant de l’acier magnétique, par exemple de l’acier de 0,1 à 1,5 mm d’épaisseur. Les tôles peuvent être revêtues d’un vernis isolant électrique sur leurs faces opposées avant leur assemblage au sein de l’empilement. L’isolation électrique peut encore être obtenue par un traitement thermique des tôles, le cas échéant.

En variante, la masse rotorique peut être fabriquée à partir d’une poudre magnétique compactée ou agglomérée.

La masse magnétique rotorique peut comporter des pôles saillants. Les pôles peuvent être d’un seul tenant avec le reste de la masse rotorique, ou rapportés sur celle-ci.

L’arbre peut être réalisé dans un matériau magnétique, ce qui permet avantageusement de diminuer le risque de saturation dans la masse rotorique et d’améliorer les performances électromagnétiques du rotor.

En variante, le rotor comporte un arbre amagnétique sur lequel est disposée la masse rotorique. L’arbre peut être réalisé au moins en partie dans un matériau de la liste suivante, qui n’est pas limitative: acier, inox, titane ou tout autre matériau amagnétique.

La masse rotorique peut dans un mode de réalisation être disposée directement sur l’arbre amagnétique, par exemple sans jante intermédiaire. En variante, notamment dans le cas où l’arbre n’est pas amagnétique, le rotor peut comporter une jante entourant l’arbre du rotor et venant prendre appui sur ce dernier.

La masse rotorique peut comporter un ou plusieurs trous pour alléger le rotor, permettre son équilibrage ou pour l’assemblage des tôles rotoriques la constituant. Des trous peuvent permettre le passage de tirants maintenant solidaires entre elles les tôles.

Les tôles peuvent être découpées dans un outil à la suite les unes des autres. Elles peuvent être empilées et clipsées ou collées dans l’outil, en paquets complets ou sous-paquets. Les tôles peuvent être encliquetées les unes sur les autres. En variante, le paquet de tôles peut être empilé et soudé en dehors de l’outil.

La masse rotorique peut présenter un contour extérieur qui est circulaire ou multilobé, une forme multilobée pouvant être utile par exemple pour réduire les ondulations de couple ou les harmoniques de courant ou de tension.

Le rotor peut être monté en porte à faux ou non, par rapport aux roulements utilisés pour guider l’arbre.

Le rotor peut être réalisé en plusieurs tronçons alignés suivant la direction axiale, par exemple au moins deux tronçons. Chacun des tronçons peut être décalé angulairement par rapport aux morceaux adjacents («step skew» en anglais).

Dans cette configuration, on peut avoir une rainure qui, dans une première section transversale donnée du rotor, ne coopère pas avec une languette, et qui dans une deuxième section transversale du rotor éloignée de la première section transversale, coopère avec une ou plusieurs languettes.

Les première et deuxième sections transversales appartiennent à des tronçons du rotor qui sont décalés angulairement par rapport aux morceaux adjacents.

Le rotor peut comporter par exemple trois rainures et deux languettes, chaque languette coopérant avec une rainure et une rainure restant dépourvue de languette, dans une section transversale donnée.

Les rainures d’un rotor peuvent avoir toutes une largeur ou étendue angulaire identique. En variante, elles peuvent comporter deux rainures identiques, et une troisième rainure ayant une étendue angulaire ou largeur différente, par exemple supérieure. Cette configuration peut également permettre d’obtenir un certain décalage angulaire de la masse rotorique par rapport à l’arbre, en fonction des tronçons et de la coopération ou non d’une ou plusieurs languettes avec la rainure d’étendue angulaire ou largeur différente, par exemple supérieure.

Machine et stator

L’invention a encore pour objet une machine électrique tournante, comportant un rotor tel que défini précédemment. La machine peut être utilisée comme moteur ou comme générateur. La machine peut être à reluctance. Elle peut constituer un moteur synchrone ou en variante un générateur synchrone. En variante encore, elle constitue une machine asynchrone.

La vitesse maximale de rotation de la machine peut être élevée, étant par exemple supérieure à 10000 tr/min, mieux supérieure à 12000 tr/min, étant par exemple de l’ordre de 14000 tr/min à 15000 tr/min, voire même de 20000 tr/min ou de 25000 tr/min. La vitesse maximale de rotation de la machine peut être inférieure à 100000 tr/min, voire à 60000 tr/min, voire encore inférieure à 40000 tr/min, mieux inférieure à 30000 tr/min.

La machine peut comporter un seul rotor intérieur ou, en variante, un rotor intérieur et un rotor extérieur, disposés radialement de part et d’autre du stator et accouplés en rotation.

La machine peut être insérée seule dans un carter ou insérée dans un carter de boite de vitesse. Dans ce cas, elle est insérée dans un carter qui loge également une boîte de vitesse.

La machine comporte un stator. Ce dernier comporte des dents définissant entre elles des encoches. Le stator peut comporter des conducteurs électriques, au moins une partie des conducteurs électriques, voire une majorité des conducteurs électriques, pouvant être en forme d'épingle en U ou en I.

Les encoches peuvent être au moins partiellement fermées. Une encoche partiellement fermée permet de ménager une ouverture au niveau de l’entrefer, qui peut servir par exemple à la mise en place des conducteurs électriques pour le remplissage de l’encoche. Une encoche partiellement fermée est notamment ménagée entre deux dents qui comportent chacune des épanouissements polaires au niveau de leur extrémité libre, lesquels viennent fermer l’encoche au moins en partie.

En variante, les encoches peuvent être entièrement fermées. Par «encoche entièrement fermée», on désigne des encoches qui ne sont pas ouvertes radialement vers l’entrefer.

Dans un mode de réalisation, au moins une encoche, voire chaque encoche, peut être continûment fermée du côté de l’entrefer par un pont de matière venu d’un seul tenant avec les dents définissant l’encoche. Toutes les encoches peuvent être fermées du côté de l’entrefer par des ponts de matière fermant les encoches. Les ponts de matière peuvent être venus d’un seul tenant avec les dents définissant l’encoche. La masse statorique est alors dépourvue de découpe entre les dents et les ponts de matière fermant les encoches, et les encoches sont alors continûment fermées du côté de l’entrefer par les ponts de matière venus d’un seul tenant avec les dents définissant l’encoche.

En outre, les encoches peuvent également être fermées du côté opposé à l’entrefer par une culasse rapportée ou d’un seul tenant avec les dents. Les encoches ne sont alors pas ouvertes radialement vers l’extérieur. La masse statorique peut être dépourvue de découpe entre les dents et la culasse.

Dans un mode de réalisation, chacune des encoches est de contour continûment fermé. Par «continûment fermé», on entend que les encoches présentent un contour fermé continu lorsqu’elles sont observées en section transversale, prise perpendiculairement à l’axe de rotation de la machine. On peut faire le tour complet de l’encoche sans rencontrer de découpe dans la masse statorique.

La masse statorique peut être réalisée par empilement de tôles magnétiques, les encoches étant venues par découpage des tôles. La masse statorique peut en variante être réalisée par taillage dans une masse de poudre magnétique frittée ou agglomérée. La fermeture des encoches du côté de l’entrefer est obtenue par des ponts de matière venus d’un seul tenant avec le reste des tôles ou du bloc formant la masse statorique.

Le stator peut être dépourvu de cales magnétiques rapportées de fermeture des encoches. On élimine ainsi le risque de détachement accidentel de ces cales.

Le stator peut comporter des bobines disposées de manière répartie dans les encoches, ayant notamment des conducteurs électriques disposés de manière rangée dans les encoches. Par «réparti», on entend qu’au moins l’une des bobines passe successivement dans deux encoches non adjacentes.

Les conducteurs électriques peuvent ne pas être disposés dans les encoches en vrac mais de manière ordonnée. Ils sont empilés dans les encoches de manière non aléatoire, étant par exemple disposés en rangées de conducteurs électriques alignés. L’empilement des conducteurs électriques est par exemple un empilement selon un réseau hexagonal dans le cas de conducteurs électriques de section transversale circulaire.

Le stator peut comporter des conducteurs électriques logés dans les encoches. Des conducteurs électriques au moins, voir une majorité des conducteurs électriques, peuvent être en forme d'épingles, notamment en U ou en I. L’épingle peut être en forme de U («U-pin» en anglais) ou droite, étant en forme de I («I-pin» en anglais).

Chaque conducteur électrique peut comporter un ou plusieurs brins («wire» ou «strand» en anglais). Par «brin», on entend l’unité la plus élémentaire pour la conduction électrique. Un brin peut être de section transversale ronde, on peut alors parler de ‘fil’, ou en méplat. Les brins en méplat peuvent être mis en forme en épingles, par exemple en U ou en I. Chaque brin est revêtu d’un émail isolant.

Les conducteurs électriques peuvent former un bobinage unique, notamment entier ou fractionnaire. Par «bobinage unique», on entend que les conducteurs électriques sont reliés électriquement ensemble dans le stator, et que les connexions entre les phases sont faites dans le stator, et non pas à l’extérieur du stator, par exemple dans une boite à bornes. Un bobinage est constitué d’un nombre de phasesmdécalées dans l’espace de telle façon que lorsqu’elles sont alimentées par un système de courant multi-phasé, elles produisent un champ tournant. Le bobinage peut être entier ou fractionnaire. Le bobinage peut être entier à pas avec ou sans raccourcissement, ou en variante fractionnaire. Dans un mode de réalisation, les conducteurs électriques forment un bobinage fractionnaire, notamment à pas raccourci.

Le bobinage peut être ondulé. La mise en série des conducteurs électriques peut être faite en bobinage dit ondulé. Par «bobinage ondulé», on entend un bobinage dans lequel les conducteurs électriques d’une même phase et d’un même pôle sont reliés électriquement l’un à l’autre de façon que, pour une voie d’enroulement, le courant électrique de la phase circule dans les conducteurs électriques en tournant autour de l’axe de rotation de la machine toujours dans un seul sens. Pour une voie d’enroulement, les conducteurs électriques d’une même phase et d’un même pôle ne se chevauchent pas lorsqu’observés perpendiculairement à l’axe de rotation de la machine.

Le bobinage peut comporter une seule voie d’enroulement ou plusieurs voies d’enroulement. Dans un «conducteur électrique» circule le courant d’une même phase par voie d’enroulement. Par «voie d’enroulement», on entend l’ensemble des conducteurs électriques de la machine qui sont parcourus par un même courant électrique d’une même phase. Ces conducteurs électriques peuvent être connectés entre eux en série ou en parallèle ou en série-parallèle. Dans le cas où on a une seule voie, les conducteurs électriques sont connectés en série. Dans le cas où on a plusieurs voies, les conducteurs électriques de chaque voie sont connectés en série, et les voies sont connectés en parallèle.

Les conducteurs électriques peuvent ainsi former un bobinage distribué. Le bobinage peut ne pas être concentré ou bobiné sur dent.

Dans une variante de réalisation, le stator est à bobinage concentré. Le stator peut comporter des dents et des bobines disposées sur les dents. Le stator peut ainsi être bobiné sur dents, autrement dit à bobinage non réparti.

Les dents du stator peuvent comporter des épanouissements polaires. En variante, les dents du stator sont dépourvues d’épanouissements polaires.

Le stator peut comporter une carcasse extérieure entourant la culasse.

Les dents du stator peuvent être réalisées avec un empilage de tôles magnétiques, recouvertes chacune d’un vernis isolant, afin de limiter les pertes par courants induits.

Procédé de fabrication

L’invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un procédé de fabrication d’un rotor tel que défini plus haut. Le procédé peut comporter les étapes suivantes :
(a) Fournir un arbre du rotor comportant au moins une rainure, voire deux rainures, et une masse rotorique comportant au moins une languette, voire deux languettes,
(b) Monter la masse rotorique sur l’arbre du rotor, par insertion de la ou des languettes dans la ou les rainures correspondantes, la ou les languettes étant rabotées par l’arbre lors de l’insertion de la masse rotorique sur l’arbre.

Lors de l’étape (b) de montage, on peut déplacer selon l’axe de rotation X la masse rotorique relativement à l’arbre. La masse rotorique peut être maintenue immobile, et l’arbre peut être enfilé dans la masse rotorique, ou en variante l’arbre peut être maintenu immobile, et la masse rotorique peut être enfilée sur l’arbre. Grâce à l’invention, la force nécessaire à l’insertion est diminuée, notamment par rapport à un rotor qui serait assemblé avec un système de serrage. En outre, le centrage est plus facile, de même que l’alignement angulaire des pôles du rotor. L’insertion en est facilitée, de même que le procédé de montage. Le nombre d’opérations nécessaire à la mise en œuvre du procédé peut être diminué, ainsi que le besoin d’outillages auxiliaires.

Le rabotage peut avoir lieu sur un bord latéral de chaque languette, voire sur les deux bords latéraux de chaque languette. Les copeaux issus du rabotage peuvent être évacués en bout d’arbre, notamment du côté opposé à l’insertion de la masse rotorique sur l’arbre.

L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel:

La figure 1 est une vue en coupe transversale, schématique et partielle, d’un rotor réalisé conformément à l’invention.

La figure 2 est une vue en perspective de détail du rotor de la figure 1.

La figure 3 est une vue schématique et partielle du montage du rotor de la figure 1.

La figure 4 illustre les positions possibles pour un rotor à 4 pôles.

La figure 5 illustre les positions possibles pour un rotor à 6 pôles.

Description détaillée

On a illustré aux figures 1 et 2 un rotor intérieur 1 de machine électrique tournante, comportant également un stator extérieur non représenté. Le stator permet de générer un champ magnétique tournant d’entraînement du rotor 1 en rotation, dans le cadre d’un moteur synchrone, et dans le cas d’un alternateur, la rotation du rotor induit une force électromotrice dans les bobinages du stator.

Le rotor 1 représenté à la figure 1 comporte une masse magnétique rotorique 3 s’étendant axialement selon l’axe de rotation X du rotor, cette masse rotorique étant par exemple formée par un paquet de tôles magnétiques empilées selon l’axe X, les tôles étant par exemple identiques et superposées exactement. Elles peuvent être maintenues entre elles par clipsage, par des rivets, par des tirants, des soudures ou toute autre technique. Les tôles magnétiques sont de préférence en acier magnétique. Toutes les nuances d’acier magnétique peuvent être utilisées.

La masse rotorique 3 comporte une ouverture centrale pour le montage sur un arbre 5. L’arbre peut, dans l’exemple considéré, être réalisé dans un matériau amagnétique, par exemple en inox amagnétique ou en aluminium, ou au contraire être magnétique.

Conformément à l’invention, le rotor 1 comporte, pour permettre la transmission de couple entre la masse rotorique 3 et l’arbre 5, deux rainures 12 formées dans l’arbre 5 et deux languettes 14 formées sur la masse rotorique 3, chaque languette 14 coopérant avec une rainure 12.

La languette 14 subit un rabotage lors de l’insertion de la masse rotorique 3 sur l’arbre 5. Le rabotage de la languette 14 permet l’existence d’une précontrainte dans les moyens de transmission de couple, laquelle favorise la solidité de la liaison entre l’arbre et la masse rotorique.

On va maintenant décrire plus en détail la forme d’une languette 14. La languette 14 est symétrique. En section transversale, la languette 14 comporte deux bords latéraux 16 chacun destinés à venir en contact avec la rainure 12, en particulier les flancs 15 de la rainure. En section transversale, la languette comporte enfin un troisième bord circonférentiel 17 qui peut, avant insertion de l’arbre dans la masse rotorique, s’étendre sensiblement circonférentiellement. Ce troisième bord circonférentiel 17 n’est pas destiné à être en contact avec la rainure.

Par ailleurs, les deux languettes 14 et les deux rainures 12 sont respectivement symétriques l’une de l’autre par rapport à un plan de symétrie P contenant l’axe de la machine. On peut ainsi avoir une transmission de couple dans les deux sens.

Le rabotage des languettes a lieu dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation X du rotor, dans une direction circonférentielle, comme illustré à la figure 3.

Chaque languette 14 comporte à sa base deux nervures latérales 18 de part et d’autre, qui s’étendent longitudinalement, et qui facilitent le rabotage aisé de la languette. Elles permettent également d’éviter tout contact éventuel entre la masse rotorique et l’arbre, notamment une ou des arêtes 19 de l’arbre au niveau de la rainure.

Dans l’exemple illustré aux figures 1 à 3, la nervure a un fond sensiblement plat ou s’étendant circonférentiellement.

La masse rotorique est formée d’un empilement de tôles magnétiques toutes sensiblement identiques. L’empilement de tôles de la masse rotorique peut comporter des tôles disposées dans un sens et des tôles retournées dans l’autre sens, comme illustré sur la figure 3, qui illustre la tôle de la figure 1 retournée autour d’un axe perpendiculaire au plan P.

On peut également décaler angulairement certaines tôles autour de l’axe de rotation par rapport à une autre tôle. Ainsi, avec une seule forme de tôle on peut obtenir plusieurs positions angulaires différentes.

Dans l’exemple de réalisation de la figure 4, le rotor comporte 4 pôles et deux motifs cycliques. On peut donc avoir 4 positions différentes avec une seule et même forme de tôle. Deux rainures et une languette permettent de réaliser ces quatre positions, en insérant la languette dans l’une ou l’autre rainure, et en retournant la tôle autour de l’axe direct d.

Dans un autre exemple de réalisation illustré à la figure 5, le rotor comporte 6 pôles et trois motifs cycliques. Les moyens de transmissions de couple comportent trois rainures et une languette. On peut donc avoir 6 positions différentes avec une seule et même forme de tôle. Trois rainures et une languette permettent de réaliser ces six positions, avec insertion de la languette dans une rainure différente et retournement autour de l’axe direct d. Dans cet exemple, on a alors six tronçons de rotor.

Dans cette configuration, on a une rainure qui, dans une première section transversale donnée du rotor, ne coopère pas avec la languette, et qui dans une deuxième section transversale du rotor éloignée de la première section transversale, coopère avec la languette. Ainsi, la languette coopère avec une rainure et une rainure reste dépourvue de languette, dans une section transversale donnée.

Les première et deuxième sections transversales appartiennent à des tronçons du rotor qui sont décalés angulairement par rapport aux morceaux adjacents, d’environ 120° dans l’exemple décrit.

Les rainures d’un rotor peuvent avoir toutes une largeur ou étendue angulaire identique.

Dans l’exemple décrit, les rainures ont 4 mm de largeur, pour un arbre de diamètre 43 mm.

Dans cet exemple, l’axe d peut être défini de façon générale, même en l’absence d’aimant, comme l’axe de symétrie polaire, ou encore l’axe de symétrie d’un motif cyclique.

Aucune des rainures n’est symétrique par rapport à un axe d.

Le pas de vrillage peut être choisi entre 1° et 5°, par exemple entre 2° et 3,4°, notamment entre 2,1° et 3°.

L’ensemble obtenu peut être imprégné avant d’être inséré dans le stator préparé par ailleurs.

Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d’être décrits.

Claims (13)

1. Rotor (1) de machine électrique, tournant autour d’un axe de rotation (X), le rotor comportant:
   - un arbre (5) disposé sur l’axe de rotation (X),
   - une masse rotorique (3) s’étendant selon l’axe de rotation (X) et disposée autour de l’arbre,
   le rotor comportant au moins une rainure (12) formée dans l’arbre (5) et au moins une languette (14) formée sur la masse rotorique (3), la languette coopérant avec la rainure pour la transmission de couple entre la masse rotorique et l’arbre, la ou les languettes (14) subissant un rabotage lors de l’insertion de la masse rotorique (3) sur l’arbre (5).
2. Rotor selon la revendication précédente, l’arbre (5) étant réalisé dans un matériau d’une dureté supérieure à 400 HV, mieux supérieure à 500 HV, voire encore supérieure à 600 HV, étant par exemple un acier dur.
3. Rotor selon l’une des revendications précédentes, la masse rotorique (3) étant réalisée dans un matériau d’une dureté inférieure à 300 HV, mieux inférieure à 250 HV, voire encore inférieure à 220 HV.
4. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, la rainure (12) comportant une arête vive d’entrée.
5. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, la languette (14) comportant à sa base au moins une nervure latérale (18), voire deux nervures latérales de part et d’autre.
6. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, le rotor comportant au moins deux rainures (12) et deux languettes (14), chaque languette coopérant avec une rainure.
7. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, une tôle comportant une unique languette (14) coopérant avec une unique rainure (12) de l’arbre, la masse rotorique comportant des tôles disposées dans un sens et des tôles retournées dans l’autre sens.
8. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, la masse rotorique (3) étant formée d’un empilement de tôles, notamment de tôles toutes sensiblement identiques, à savoir au moins identiques du côté de l’arbre.
9. Rotor selon la revendication précédente, au moins une tôle, mieux toutes les tôles, étant de telle sorte que l’empilement de tôles comporte au moins une tôle décalée angulairement autour de l’axe de rotation par rapport à une autre tôle, les tôles étant décalées d’un angle donné les unes par rapport aux autres.
10. Machine électrique tournante comportant un rotor (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes et un stator (2).
11. Machine selon la revendication précédente, le stator (2) comportant des conducteurs électriques (22), au moins une partie des conducteurs électriques (22), voire une majorité des conducteurs électriques, étant en forme d'épingle en U ou en I.
12. Procédé de fabrication d’un rotor (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9 , comportant les étapes suivantes:
    (a) Fournir un arbre (5) du rotor comportant au moins une rainure (12), voire deux rainures, et une masse rotorique (3) comportant au moins une languette (14), voire deux languettes (14),
    (b) Monter la masse rotorique (3) sur l’arbre (5) du rotor, par insertion de la ou des languettes (14) dans la ou les rainures (12) correspondantes, la ou les languettes (14) étant rabotées par l’arbre lors de l’insertion de la masse rotorique (3) sur l’arbre (5).
13. Procédé selon la revendication précédente, le rabotage ayant lieu sur un bord latéral de chaque languette (14), voire sur les deux bords latéraux de chaque languette.