FR3111245A1 - Rotor de machine electrique tournante - Google Patents
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Abstract
ROTOR DE MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE Rotor (1) de machine électrique tournante, tournant autour d’un axe de rotation (X), le rotor comportant : - un arbre (5) disposé sur l’axe de rotation (X), comportant notamment une collerette, et - une masse rotorique (3) s’étendant selon l’axe de rotation (X) et disposée autour de l’arbre, la masse rotorique étant formée d’un empilement de tôles (8), le rotor comportant des tirants (20) de serrage des tôles, lesquels tirants de serrage (20) sont fixés à l’arbre, notamment à une collerette (10) de l’arbre. Figure pour l’abrégé : Fig. 3
Description
La présente invention concerne le domaine des machines électriques tournantes et plus particulièrement les rotors de telles machines. L’invention s’intéresse notamment à la fabrication de la masse rotorique du rotor, et en particulier au serrage de tôles de celle-ci.
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 des tirants de serrage des tôles, lesdits tirants étant insérés dans des flasques disposés de part et d’autre des tôles, et serrés avec des bagues de serrage et/ou des boulons, par exemple par les demandes EP 1 359 657, FR 2 819 350, FR 2 984 626, FR 2 984 627, FR 2 988 238, FR 2 856 532, DE 102012110147, EP 2 316 157, EP 1 001 507, EP 3 468 006, EP 1 359 657 et JP 11332146.
Dans la demande DE 102013217732, les tôles sont serrées par des tiges, sans connexion à l’arbre du rotor, de même que dans FR 2 935 205 et dans EP 2 870 682, ainsi que dans US 4 339 871.
En cas d’utilisation d’une bague de serrage et/ou de flasques, il existe un risque de perte de puissance, et d’augmentation du bruit et/ou des vibrations et/ou des secousses.
Il peut également exister un risque de perte de frettage, et donc de battement entre les tôles. On peut avoir une perte de rigidité du rotor.
Il existe donc un besoin pour améliorer le maintien des tôles de la masse rotorique, afin de bénéficier d’un rotor de machine électrique tournante ayant une tenue mécanique améliorée, notamment à des vitesses de rotation du rotor élevées.
Il existe également un besoin pour bénéficier d’un rotor de machine électrique tournante qui soit d’une fabrication simple, permettant une mise en place aisée et peu 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 tournante, tournant autour d’un axe de rotation X, le rotor comportant :
- un arbre disposé sur l’axe de rotation X, comportant notamment une collerette, et
- une masse rotorique s’étendant selon l’axe de rotation X et disposée autour de l’arbre, la masse rotorique étant formée d’un empilement de tôles,
le rotor comportant des tirants de serrage des tôles, lesquels tirants de serrage sont fixés à l’arbre, notamment à une collerette de l’arbre.
- un arbre disposé sur l’axe de rotation X, comportant notamment une collerette, et
- une masse rotorique s’étendant selon l’axe de rotation X et disposée autour de l’arbre, la masse rotorique étant formée d’un empilement de tôles,
le rotor comportant des tirants de serrage des tôles, lesquels tirants de serrage sont fixés à l’arbre, notamment à une collerette de l’arbre.
La présence des tirants de serrage fixés à l’arbre permet de bien comprimer les tôles, et ainsi d’éviter tout battement entre les tôles. On obtient ainsi une bonne rigidification du rotor, grâce à la liaison des tirants avec l’arbre, et donc de la masse rotorique avec l’arbre. On limite également le risque que l’arbre fléchisse. Cela est particulièrement avantageux en cas de fonctionnement à haute vitesse.
Par ailleurs, une telle liaison permet d’améliorer la transmission de couple entre la masse rotorique et l’arbre car les tirants ajoutent une liaison entre l’arbre et la masse rotorique. Avantageusement, les tirants ne travaillent pas en cisaillement, mais permettent d’ajouter des efforts de friction entre les tôles.
Grâce à l’invention, on améliore la coopération mécanique et magnétique entre les tôles de la masse rotorique et l’arbre, et donc la transmission de couple entre la masse rotorique et l’arbre, de sorte que la stabilité de l’assemblage en est améliorée, ce qui permet d’améliorer les performances électromagnétiques du rotor et de la machine électrique le comportant.
Une telle configuration peut permettre d’éviter le besoin de reliefs sur l’arbre. L’arbre peut être lisse. La masse rotorique peut ménager un trou pour le passage de l’arbre, lequel peut être dépourvu de clavette ou languette. Ce trou pour le passage de l’arbre peut ménager un passage de fluide de refroidissement
Le rotor selon l’invention permet de ne pas utiliser nécessairement de flasque ou de bague de serrage des tôles, ni d’écrous pour serrer les tirants. Le coût de fabrication du rotor peut en être réduit.
Par ailleurs, la longueur totale du rotor peut en être réduite, ce qui est avantageux en termes d’encombrement.
La cohésion entre les tôles est assurée par adhérence entre les tôles. L’adhérence peut être réalisée par simple frottement, ou par collage, ou par tout autre moyen d’adhérence plan sur plan.
Chaque tirant de serrage peut comporter une première extrémité et être fixé par ladite première extrémité à l’arbre, notamment à une collerette de l’arbre.
Chaque tirant de serrage peut comporter une deuxième extrémité, laquelle est maintenue serrée sur la masse rotorique, cette deuxième extrémité comportant par exemple une tête venant en appui sur un flasque. En variante, le tirant peut être maintenu directement par vissage ou par un boulon de serrage. On peut par exemple utiliser une rondelle de serrage, avec ou sans compensation.
Les tirants de serrage peuvent être de préférence de section transversale circulaire.
Le rotor peut comporter un flasque dans lequel sont introduites les deuxièmes extrémités des tirants de serrage. Le flasque est dans ce cas percé d’orifices pour le passage des tirant, ces orifices pouvant ménager un certain jeu autour des tirants. La mise en œuvre de l’invention permet ainsi d’éviter d’avoir besoin d’un dimensionnement très précis et d’un usinage de grande précision. Le coût est donc diminué.
L’arbre, notamment la collerette de l’arbre, peut comporter des orifices pour le passage des tirants de serrage. Lesdits orifices de l’arbre peuvent être taraudés. Une telle configuration taraudée des orifices de l’arbre, et notamment de la collerette de celui-ci, permet le maintien longitudinal des tirants de serrage sur l’arbre, et le serrage des tôles de la masse rotorique. Les premières extrémités des tirants de serrage peuvent ainsi être filetées, avec un filetage correspondant à un filetage des orifices taraudés. En variante, les orifices peuvent être dépourvus de filetage, étant par exemple lisses. Dans ce cas, les tirants de serrage peuvent être maintenu serrés sur la masse rotorique par des boulons de serrage, lesquels peuvent être disposés à la deuxième extrémité des tirants de serrage.
L’arbre peut comporter une collerette à laquelle sont fixés les tirants de serrage des tôles. Un rapport entre une plus grande dimension radiale de la collerette et une plus grande dimension transversale des tirants peut être compris entre 5 et 10, mieux entre 6 et 9, étant par exemple de l’ordre de 7,5 ou 8,5.
La dimension radiale de la collerette correspond au diamètre extérieur de celle-ci. Une plus grande dimension radiale de la collerette peut être comprise entre 40 et 100 mm, mieux entre 50 et 90 mm, étant par exemple de l’ordre de 60 ou 68 mm.
Un rapport entre une plus grande dimension radiale de la collerette et le diamètre de l’arbre peut être compris entre 1 et 3, mieux entre 1,2 et 2,5, étant par exemple de l’ordre de 1,6 ou 1,8.
Un rapport entre une plus grande dimension radiale de la collerette et le diamètre de la masse rotorique peut être compris entre 0,3 et 1, mieux entre 0,4 et 0,9, étant par exemple de l’ordre de 0,6.
Une épaisseur radiale de la collerette mesurée entre l’intérieur d’un orifice de celle-ci et le diamètre extérieur de celle-ci peut être comprise entre 1 et 15 mm, mieux entre 1,5 et 12 mm, voire entre 2 et 10 mm, étant par exemple de l’ordre de 3 mm.
Une épaisseur radiale de la collerette mesurée entre l’intérieur d’un orifice de celle-ci et le diamètre de l’arbre peut être comprise entre 1 et 15 mm, mieux entre 2 et 12 mm, voire entre 3 et 10 mm, étant par exemple de l’ordre de 5 mm.
Un rapport entre une plus grande dimension longitudinale de la collerette et une plus grande dimension transversale des tirants peut être compris entre 0,5 et 3, mieux entre 1 et 2, voire entre 1,3 et 1,7, étant par exemple de l’ordre de 1,5.
Par dimension longitudinale de la collerette, on désigne son épaisseur mesurée le long de l’axe de rotation du rotor. Une plus grande dimension longitudinale de la collerette peut être comprise entre 3 et 20 mm, mieux entre 5 et 18 mm, étant par exemple de l’ordre de 12 ou 15 mm. La dimension longitudinale de la collerette peut être constante.
La collerette peut avoir un flanc qui fait face aux tôles de forme plane, notamment pour pouvoir être en contact avec les tôles. La collerette peut avoir un flanc qui fait face à un éventuel flasque du rotor de forme complémentaire de ce flasque, notamment pour pouvoir être en contact avec celui-ci.
L’arbre peut être réalisé au moins partiellement par forgeage, étant par exemple forgé puis usiné. Au moins la partie de l’arbre comportant les orifices recevant les tirants de serrage peut être réalisée par forgeage, en particulier la collerette de l’arbre peut être réalisée par forgeage. La collerette de l’arbre peut être forgée. Les orifices peuvent être forgés ou forés dans une collerette forgée. En variante, l’arbre peut être réalisé au moins partiellement ou entièrement par usinage.
La masse rotorique peut comporter des passages pour recevoir les tirants de serrage, les tirants de serrage étant sans contact avec les tôles. Chaque passage pour un tirant dans la masse rotorique peut être en section transversale plus grand qu’une section transversale du tirant correspondant, afin d’assurer qu’il n’y ait pas de contact entre les tôles de la masse rotorique et le tirant. Une telle configuration peut également permettre d’introduire un certain vrillage des tôles de la masse rotorique, laissant toujours le passage pour les tirants. Ces passages dans les tôles peuvent permettre d’augmenter l’élasticité des tôles.
Une dimension circonférentielle entre deux passages consécutifs peut être comprise entre 1,5 mm et 20 mm, mieux entre 3,5 mm et 10 mm, étant par exemple de l’ordre de 5 mm.
Les passages dans les tôles peuvent également être configurés pour permettre le passage d’un fluide de refroidissement, par exemple un gaz ou un liquide, tel que de l’air ou de l’huile.
Une plus grande dimension radiale des passages pour les tirants peut être comprise entre 7 mm et 15 mm, mieux entre 8 mm et 13 mm, étant par exemple de l’ordre de 10 mm. Une plus grande dimension circonférentielle des passages pour les tirants peut être comprise entre 7 mm et 20 mm, mieux entre 8 mm et 18 mm, étant par exemple de l’ordre de 13 mm. Un rapport entre une plus grande dimension transversale des passages pour les tirants et une plus grande dimension transversale des tirants peut être compris entre 1,1 et 4, mieux entre 1,2 et 3.
Le rotor peut comporter un nombre de tirants de serrage compris entre 1 et 12, mieux entre 2 et 10, voire entre 3 et 8, étant par exemple compris entre 4 et 8.
Un rapport entre le nombre de tirants de serrage et le nombre de pôles du rotor peut être compris entre 0,25 et 1, mieux entre 0,5 et 1, étant par exemple de l’ordre de 0,5 ou 1.
L’invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un rotor de machine électrique tournante, tournant autour d’un axe de rotation X, le rotor comportant :
- un arbre disposé sur l’axe de rotation, comportant notamment une collerette, et
- une masse rotorique s’étendant selon l’axe de rotation X et disposée autour de l’arbre, la masse rotorique étant formée d’un empilement de tôles,
le rotor comportant des tirants de serrage des tôles, lesquels tirants de serrage peuvent être fixés à l’arbre, notamment à une collerette de l’arbre, la masse rotorique comportant des passages pour recevoir les tirants de serrage, les tirants de serrage étant sans contact avec les tôles.
- un arbre disposé sur l’axe de rotation, comportant notamment une collerette, et
- une masse rotorique s’étendant selon l’axe de rotation X et disposée autour de l’arbre, la masse rotorique étant formée d’un empilement de tôles,
le rotor comportant des tirants de serrage des tôles, lesquels tirants de serrage peuvent être fixés à l’arbre, notamment à une collerette de l’arbre, la masse rotorique comportant des passages pour recevoir les tirants de serrage, les tirants de serrage étant sans contact avec les tôles.
Les tirants peuvent être serrés avec une pression suffisante, par exemple supérieure à 5 kN, mieux supérieure à 10 kN, étant par exemple de l’ordre de 26 kN. Lorsque les tirants sont serrés, par exemple vissés, le rotor a une très bonne stabilité.
Le rotor peut comporter des tirants creux, ceux-ci pouvant être utilisés pour faire circuler un fluide de refroidissement axialement dans le rotor, par exemple un liquide de refroidissement tel que de l’huile, afin de favoriser le refroidissement du rotor.
La masse rotorique et l’arbre sont configurés pour coopérer de manière à permettre la transmission de couple entre la masse rotorique et l’arbre.
Rotor
Le rotor peut comporter des aimants permanents, avec notamment des aimants surfaciques ou enterrés. Les aimants permanents peuvent être insérés dans la masse rotorique. Le rotor peut être à concentration de flux. Il peut comporter une ou plusieurs couches d’aimants disposées en I, en U ou en V. Les logements des aimants permanents peuvent être réalisées entièrement par découpage dans les tôles. Chaque tôle de l’empilement de tôles peut être monobloc.
En variante, il peut s’agir d’un rotor bobiné ou à cage d’écureuil, ou d’un rotor à réluctance variable.
Le nombre de pôles P au rotor est par exemple compris entre 4 et 48, étant par exemple de 4, 6, 8, 10 ou 12.
Le diamètre du rotor peut être inférieur à 400 mm, mieux inférieur à 300 mm, et supérieur à 50 mm, mieux supérieur à 70 mm, étant par exemple compris entre 100 et 200 mm.
Chaque tôle est par exemple découpée dans une feuille d’acier magnétique ou contenant de l’acier magnétique, par exemple de l’acier de 0,1 à 1,5 mm d’épaisseur. Les tôles peuvent être revêtues d’un vernis isolant électrique sur leurs faces opposées avant leur assemblage au sein de l’empilement. L’isolation électrique peut encore être obtenue par un traitement thermique des tôles, le cas échéant.
La masse magnétique rotorique peut comporter des pôles saillants. Les pôles peuvent être d’un seul tenant avec le reste de la masse rotorique, ou rapportés sur celle-ci.
L’arbre peut être réalisé dans un matériau magnétique, ce qui permet avantageusement de diminuer le risque de saturation dans la masse rotorique et d’améliorer les performances électromagnétiques du rotor.
En variante, le rotor comporte un arbre amagnétique sur lequel est disposée la masse rotorique. L’arbre peut être réalisé au moins en partie dans un matériau de la liste suivante, qui n’est pas limitative : acier, inox, titane ou tout autre matériau amagnétique.
La masse rotorique peut dans un mode de réalisation être disposée directement sur l’arbre amagnétique, par exemple sans jante intermédiaire. En variante, notamment dans le cas où l’arbre n’est pas amagnétique, le rotor peut comporter une jante entourant l’arbre du rotor et venant prendre appui sur ce dernier.
La masse rotorique peut comporter un ou plusieurs trous pour alléger le rotor, permettre son équilibrage ou pour l’assemblage des tôles rotoriques la constituant. Des trous peuvent permettre le passage des tirants maintenant solidaires entre elles les tôles.
Les tôles peuvent être découpées dans un outil à la suite les unes des autres. Elles peuvent être empilées et clipsées ou collées dans l’outil ou en dehors de 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).
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 10 000 tr/min, mieux supérieure à 12 000 tr/min, étant par exemple de l’ordre de 14 000 tr/min à 15 000 tr/min, voire même de 20 000 tr/min ou de 24 000 tr/min. La vitesse maximale de rotation de la machine peut être inférieure à 100 000 tr/min, voire à 60 000 tr/min, voire encore inférieure à 40 000 tr/min, mieux inférieure à 30 000 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 fonctionner seule ou être couplée à une boîte 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 fermée. 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 fermée. Par « encoche entièrement fermée », on désigne des encoches qui ne sont pas ouvertes radialement vers l’entrefer.
Dans un mode de réalisation, au moins une encoche, voire chaque encoche, peut être continûment fermée du côté de l’entrefer par un pont de matière venu d’un seul tenant avec les dents définissant l’encoche. Toutes les encoches peuvent être fermées du côté de l’entrefer par des ponts de matière fermant les encoches. Les ponts de matière peuvent être venus d’un seul tenant avec les dents définissant l’encoche. La masse statorique est alors dépourvue de découpe entre les dents et les ponts de matière fermant les encoches, et les encoches sont alors continûment fermées du côté de l’entrefer par les ponts de matière venus d’un seul tenant avec les dents définissant l’encoche.
En outre, les encoches peuvent également être fermées du côté opposé à l’entrefer par une culasse rapportée ou d’un seul tenant avec les dents. Les encoches ne sont alors pas ouvertes radialement vers l’extérieur. La masse statorique peut être dépourvue de découpe entre les dents et la culasse.
Dans un mode de réalisation, chacune des encoches est de contour continûment fermé. Par « continûment fermé », on entend que les encoches présentent un contour fermé continu lorsqu’elles sont observées en section transversale, prise perpendiculairement à l’axe de rotation de la machine. On peut faire le tour complet de l’encoche sans rencontrer de découpe dans la masse statorique.
La masse statorique peut être réalisée par empilement de tôles magnétiques, les encoches étant venues par découpage des tôles. La masse statorique peut en variante être réalisée par taillage dans une masse de poudre magnétique frittée ou agglomérée. La fermeture des encoches du côté de l’entrefer est obtenue par des ponts de matière venus d’un seul tenant avec le reste des tôles ou du bloc formant la masse statorique.
Le stator peut être dépourvu de cales magnétiques rapportées de fermeture des encoches. On élimine ainsi le risque de détachement accidentel de ces cales.
Le stator peut comporter des bobines disposées de manière répartie dans les encoches, ayant notamment des conducteurs électriques disposés de manière rangée dans les encoches. Par «réparti», on entend qu’au moins l’une des bobines passe successivement dans deux encoches non adjacentes.
Les conducteurs électriques peuvent ne pas être disposés dans les encoches en vrac mais de manière ordonnée. Ils sont empilés dans les encoches de manière non aléatoire, étant par exemple disposés en rangées de conducteurs électriques alignés. L’empilement des conducteurs électriques est par exemple un empilement selon un réseau hexagonal dans le cas de conducteurs électriques de section transversale circulaire.
Le stator peut comporter des conducteurs électriques logés dans les encoches. Des conducteurs électriques au moins, voir une majorité des conducteurs électriques, peuvent être en forme d'épingles, de U ou de I. L’épingle peut être en forme de U («U-pin» en anglais) ou droite, étant en forme de I («I-pin» en anglais).
Chaque conducteur électrique peut comporter un ou plusieurs brins («wire» ou «strand» en anglais). Par « brin », on entend l’unité la plus élémentaire pour la conduction électrique. Un brin peut être de section transversale ronde, on peut alors parler de ‘fil’, ou en méplat. Les brins en méplat peuvent être mis en forme en épingles, par exemple en U ou en I. Chaque brin est revêtu d’un émail isolant.
Les conducteurs électriques peuvent former un bobinage unique, notamment entier ou fractionnaire. Par « bobinage unique », on entend que les conducteurs électriques sont reliés électriquement ensemble dans le stator, et que les connexions entre les phases sont faites dans le stator, et non pas à l’extérieur du stator, par exemple dans une boite à bornes. Un bobinage est constitué d’un nombre de phasesmdécalées dans l’espace de telle façon que lorsqu’elles sont alimentées par un système de courant multi-phasés, elles produisent un champ tournant. Le bobinage peut être entier ou fractionnaire. Le bobinage peut être entier à pas avec ou sans raccourcissement, ou en variante fractionnaire. Dans un mode de réalisation, les conducteurs électriques forment un bobinage fractionnaire, notamment à pas raccourci.
Le bobinage peut être ondulé. La mise en série des conducteurs électriques peut être faite en bobinage dit ondulé. Par « bobinage ondulé », on entend un bobinage dans lequel les conducteurs électriques d’une même phase et d’un même pôle sont reliés électriquement l’un à l’autre de façon que, pour une voie d’enroulement, le courant électrique de la phase circule dans les conducteurs électriques en tournant autour de l’axe de rotation de la machine toujours dans un seul sens. Pour une voie d’enroulement, les conducteurs électriques d’une même phase et d’un même pôle ne se chevauchent pas lorsqu’observés perpendiculairement à l’axe de rotation de la machine.
Le bobinage peut comporter une seule voie d’enroulement ou plusieurs voies d’enroulement. Dans un « conducteur électrique » circule le courant d’une même phase par voie d’enroulement. Par « voie d’enroulement », on entend l’ensemble des conducteurs électriques de la machine qui sont parcourus par un même courant électrique d’une même phase. Ces conducteurs électriques peuvent être connectés entre eux en série ou en parallèle ou en série-parallèle. Dans le cas où on a une seule voie, les conducteurs électriques sont connectés en série. Dans le cas où on a plusieurs voies, les conducteurs électriques de chaque voie sont connectés en série, et les voies sont 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 notamment au moins un orifice, notamment dans une collerette de celui-ci,
(b) disposer autour de l’arbre une masse rotorique, la masse rotorique étant formée d’un empilement de tôles,
(c) fixer à l’arbre des tirants de serrage des tôles, lesquels tirants de serrage sont fixés notamment dans des orifices de l’arbre, notamment dans une collerette de l’arbre.
(a) fournir un arbre du rotor, comportant notamment au moins un orifice, notamment dans une collerette de celui-ci,
(b) disposer autour de l’arbre une masse rotorique, la masse rotorique étant formée d’un empilement de tôles,
(c) fixer à l’arbre des tirants de serrage des tôles, lesquels tirants de serrage sont fixés notamment dans des orifices de l’arbre, notamment dans une collerette de 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 :
Description détaillée
On a illustré aux figures 1 à 5 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 formée par un paquet de tôles magnétiques 8 empilées selon l’axe X, les tôles étant par exemple identiques et superposées exactement. Les tôles magnétiques sont de préférence en acier magnétique. Toutes les nuances d’acier magnétique peuvent être utilisées.
La masse rotorique 3 comporte une ouverture centrale pour le montage sur un arbre 5. L’arbre peut, dans l’exemple considéré, être réalisé dans un matériau amagnétique, par exemple en inox amagnétique ou en aluminium, ou au contraire être magnétique.
Conformément à l’invention, le rotor 1 comporte quatre tirants de serrage 20 des tôles, lesquels tirants de serrage 20 sont fixés à l’arbre 5, plus particulièrement à une collerette 10 de l’arbre. Les tirants de serrage sont de section transversale circulaire. Les tirants sont serrés avec une pression suffisante, par exemple de l’ordre de 26kN.
Le rotor selon l’invention est dépourvu de bague de serrage des tôles, ou d’écrous pour serrer les tirants.
Chaque tirant de serrage 20 comporte une première extrémité 21 et est fixé par ladite première extrémité 21 à la collerette 10 de l’arbre 5. Dans l’exemple illustré, le maintien est effectué directement par vissage des tirants dans la collerette 10. La collerette de l’arbre comporte à cet effet des orifices 12 pour le passage des tirants de serrage. Lesdits orifices 12 de l’arbre sont taraudés. Les premières extrémités 21 des tirants de serrage 20 sont ainsi filetées, avec un filetage correspondant à un filetage des orifices taraudés 12.
Chaque tirant de serrage 20 comporte également une deuxième extrémité 22, laquelle est maintenue serrée sur la masse rotorique 3.
Le rotor comporte en outre un flasque 25 dans lequel sont introduites les deuxièmes extrémités 22 des tirants de serrage20. Le flasque 25 est percé d’orifices 26 pour le passage des tirants 20.
La dimension radiale C de la collerette 10 correspond au diamètre extérieur de celle-ci. Une plus grande dimension radiale C de la collerette 10 est de l’ordre de 60 mm.
Un rapport C/R entre une plus grande dimension radiale C de la collerette 10 et le diamètre R de la masse rotorique 3 est plus petit que 1, une plus grande dimension radiale C de la collerette 10 étant plus petite que le diamètre R de la masse rotorique.
Une épaisseur radiale eextde la collerette 10 mesurée entre l’intérieur d’un orifice 12 de celle-ci et le diamètre extérieur de celle-ci est de l’ordre de 3 mm.
Une épaisseur radiale eintde la collerette 10 mesurée entre l’intérieur d’un orifice 12 de celle-ci et le diamètre de l’arbre est de l’ordre de 5 mm.
Un rapport L/d entre une plus grande dimension longitudinale L de la collerette 10 et une plus grande dimension transversale d des tirants 20 est de l’ordre de 1,5. Par dimension longitudinale L de la collerette 10, on désigne son épaisseur mesurée le long de l’axe de rotation X du rotor. Une plus grande dimension longitudinale L de la collerette 10 est de l’ordre de 12 mm. La dimension longitudinale L de la collerette 10 est dans l’exemple décrit constante.
La collerette 10 a un flanc 11 qui fait face aux tôles qui est de forme plane, afin d’être en contact avec les tôles. La collerette pourrait comporter des rainures, notamment sur sa surface, afin de simplifier l’usinage, car il y aurait ainsi moins de surface à lisser.
La masse rotorique 3 comporte des passages 27 pour recevoir les tirants de serrage 20, les tirants de serrage 20 étant sans contact avec les tôles 8 de la masse rotorique 3. Chaque passage 27 pour un tirant dans la masse rotorique est en section transversale plus grand qu’une section transversale du tirant 20 correspondant, afin d’assurer qu’il n’y ait pas de contact entre les tôles de la masse rotorique et le tirant.
Une dimension circonférentiellelentre deux passages consécutifs est de l’ordre de 5 mm, comme visible sur la figure 5.
Une plus grande dimension E radiale des passages pour les tirants est de l’ordre de 15 mm. Un rapport E/d entre une plus grande dimension transversale des passages pour les tirants et une plus grande dimension transversale d des tirants est de l’ordre de 1,9.
Le rotor comporte également un pignon 30, qui peut être rapporté ou en deux parties. En variante le pignon 30 peut être réalisé d’un seul tenant avec l’arbre 5 et son taraudage effectué par le côté opposé aux tôles 8.
Le taraudage de la collerette peut être effectué par les deux côtés de la collerette, du côté du pignon et du côté opposé aux tôles.
L’ensemble obtenu peut être imprégné avant d’être inséré dans le stator préparé par ailleurs.
Claims (16)
- Rotor (1) de machine électrique tournante, tournant autour d’un axe de rotation (X), le rotor comportant :
- un arbre (5) disposé sur l’axe de rotation (X), comportant notamment une collerette (10), et
- une masse rotorique (3) s’étendant selon l’axe de rotation (X) et disposée autour de l’arbre, la masse rotorique étant formée d’un empilement de tôles (8),
le rotor comportant des tirants (20) de serrage des tôles, lesquels tirants de serrage (20) sont fixés à l’arbre, notamment à une collerette (10) de l’arbre. - Rotor selon la revendication précédente, chaque tirant de serrage (20) comportant une première extrémité (21) et étant fixé par ladite première extrémité (21) à l’arbre (5), notamment à une collerette (10) de l’arbre.
- Rotor selon l’une des deux revendications précédentes, chaque tirant de serrage (20) comportant une deuxième extrémité (22), laquelle est maintenue serrée sur la masse rotorique (3).
- Rotor selon la revendication précédente, comportant un flasque (25) dans lequel sont introduites les deuxièmes extrémités (22) des tirants de serrage.
- Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’arbre (5), notamment la collerette (10) de l’arbre, comportant des orifices (12) pour le passage des tirants de serrage (20).
- Rotor selon la revendication précédente, lesdits orifices (12) de l’arbre (5) étant taraudés.
- Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’arbre (5) comportant une collerette (10) à laquelle sont fixés les tirants de serrage des tôles (20).
- Rotor selon l’une des deux revendications précédentes, un rapport (L/d) entre une plus grande dimension longitudinale de la collerette et une plus grande dimension transversale des tirants étant compris entre 0,5 et 3, mieux entre 1 et 2, voire entre 1,3 et 1,7.
- Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’arbre (5) étant réalisé au moins partiellement par forgeage et/ou au moins partiellement par usinage.
- Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, la masse rotorique (3) comportant des passages (27) pour recevoir les tirants de serrage (20), les tirants de serrage (20) étant sans contact avec les tôles (8).
- Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, un rapport entre le nombre de tirants de serrage (20) et le nombre de pôles du rotor étant compris entre 0,25 et 1, mieux entre 0,5 et 1.
- Rotor (1) de machine électrique tournante, tournant autour d’un axe de rotation (X), le rotor comportant :
- un arbre (5) disposé sur l’axe de rotation (X), comportant notamment une collerette (10), et
- une masse rotorique (3) s’étendant selon l’axe de rotation (X) et disposée autour de l’arbre, la masse rotorique étant formée d’un empilement de tôles (8),
le rotor comportant des tirants (20) de serrage des tôles, lesquels tirants de serrage (20) peuvent être fixés à l’arbre, notamment à une collerette (10) de l’arbre, la masse rotorique (3) comportant des passages (27) pour recevoir les tirants de serrage (20) , les tirants de serrage (20) étant sans contact avec les tôles (8). - Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant des aimants permanents insérés dans la masse rotorique.
- Machine électrique tournante comportant un rotor (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes et un stator (2).
- Machine selon la revendication précédente, le stator comportant des conducteurs électriques, au moins une partie des conducteurs électriques, voire une majorité des conducteurs électriques, étant en forme d'épingle en U ou en I.
- Procédé de fabrication d’un rotor (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, comportant les étapes suivantes :
(a) fournir un arbre (5) du rotor, comportant notamment au moins un orifice (12), notamment dans une collerette (10) de celui-ci,
(b) disposer autour de l’arbre une masse rotorique (3), la masse rotorique étant formée d’un empilement de tôles (8),
(c) fixer à l’arbre des tirants (20) de serrage des tôles, lesquels tirants de serrage sont fixés notamment dans des orifices (12) de l’arbre, notamment dans une collerette (10) de l’arbre.
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