FR3116963A1 - Flasque et rotor de machine électrique tournante - Google Patents

Abstract

Flasque et rotor de machine électrique tournante Flasque (10) de rotor de machine électrique tournante, comportant un ou plusieurs canaux d’amenée (12) d’un liquide de refroidissement alimentés depuis un canal formé dans un paquet de tôles rotoriques (8) ou dans un arbre du rotor ou entre le paquet de tôles rotoriques et l'arbre, au moins un canal d’amenée (12) comportant une portion de pulvérisation (18) du liquide de refroidissement, cette portion de pulvérisation (18) étant disposée dans les deux derniers tiers du canal d’amenée (12), lorsque l’on se déplace dans le sens de circulation du liquide de refroidissement. Figure pour l’abrégé : Fig. 5

Description

Flasque et rotor de machine électrique tournante

La présente invention concerne les machines électriques tournantes, et plus particulièrement celles refroidies par une circulation d’un liquide de refroidissement, notamment de l’huile, circulant au moins partiellement dans l’arbre de la machine et le cas échéant dans un paquet de tôles rotorique d’un rotor de la machine. L’invention concerne plus particulièrement les rotors de telles machines, et encore plus singulièrement les flasques.

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 refroidir les têtes de bobines du stator d’une machine électrique tournante par un liquide de refroidissement éjecté par le rotor sur celles-ci au cours du fonctionnement de la machine.

Dans les demandes JP 2006-025545, JP 2013-115848, JP 2015-231262, JP 2005-006429 par exemple, la machine comporte un flasque dans lequel est ménagé un conduit, qui est de section transversale constante depuis son entrée jusqu’à sa sortie, ou avec une variation de section unique entre deux portions qui sont chacune de section transversale constante.

Dans la demande JP 2010-124559, l’huile est introduite dans le flasque par un orifice orienté axialement, du côté opposé à la masse rotorique. Ce flasque n’est pas alimenté depuis un paquet de tôles rotoriques du rotor.

Il existe un besoin pour encore améliorer le refroidissement des machines électriques tournantes refroidies par une circulation de liquide de refroidissement.

L’invention vise à répondre à ce besoin et a pour objet, selon un premier de ses aspects, un flasque de rotor de machine électrique tournante, comportant un ou plusieurs canaux d’amenée d’un liquide de refroidissement alimentés depuis un canal formé dans un paquet de tôles rotoriques ou un arbre du rotor ou entre le paquet de tôles rotoriques et l'arbre, au moins un canal d’amenée comportant un rétrécissement de section transversale, la section transversale du canal d’amenée diminuant puis augmentant lorsque l’on s’éloigne de l’axe de rotation de la machine.

Le rétrécissement permet de limiter le débit du liquide de refroidissement, et ainsi de favoriser une bonne répartition de celui-ci dans le rotor, et de part et d’autre de celui-ci. Cela est particulièrement utile lorsque le liquide de refroidissement est apporté par une alimentation centrale, notamment unique. Dans le canal d’amenée avant le rétrécissement, la pression du liquide de refroidissement est plus faible, ce qui permet d’obtenir une bonne répartition de l’huile tout autour de l’axe de rotation du rotor. On peut obtenir ainsi un refroidissement amélioré des conducteurs électriques de la machine, grâce à une bonne répartition du liquide de refroidissement sur chacun d’eux. Même avec un faible débit d’huile de refroidissement, on peut obtenir une répartition très régulière du liquide de refroidissement tout autour de l’axe de rotation du rotor sur tous les conducteurs électriques de la machine.

La surface de la section transversale du rétrécissement peut être comprise entre 0,5 mm² et 5 mm², mieux entre 0,7 mm² et 3 mm², mieux entre 1 mm² et 2,5 mm², étant par exemple de l’ordre de 1,7 mm² ou 2,4 mm². La forme de la section transversale du rétrécissement peut être de forme rectangulaire, carrée, circulaire, demi-lune ou autres encore, cette liste n’étant pas limitative.

Le rétrécissement peut être de préférence situé dans une première moitié du canal d’amenée, lorsque l’on se déplace dans le sens de circulation du liquide de refroidissement. Le rétrécissement peut être de préférence situé dans les deux premiers cinquièmes du canal d’amenée, lorsque l’on se déplace dans le sens de circulation du liquide de refroidissement, mieux dans un premier tiers, voir dans un premier quart du canal d’amenée. La longueur du canal d’amenée est mesurée entre l’entrée de celui-ci dans le bas du flasque, au niveau de l’arbre, et le haut du flasque, au niveau de l’entrefer.

Le ou les canaux peuvent être formés au moins partiellement dans l’épaisseur du flasque. Le ou les canaux peuvent être formés au moins partiellement en creux sur une face du flasque tournée vers ledit paquet de tôles rotoriques.

Le ou les canaux peuvent déboucher sur des sorties disposées à la périphérie du flasque, par lesquelles le liquide de refroidissement est projeté sur un stator de la machine. Chaque sortie peut être alimentée par au moins un canal d’amenée respectif. Les sorties peuvent être formés en creux sur une face du flasque tournée vers ledit paquet de tôles rotoriques.

Les sorties peuvent être orientées radialement vers l’extérieur. Les sorties peuvent être situées sur une tranche radialement extérieure du flasque, et/ou sur une face du flasque tournée vers ledit paquet de tôles rotoriques.

Chaque flasque peut comporter une unique sortie, ou bien entre 1 et 8 sorties, par exemple 2, 4, 6 ou 8. Il peut comporter par exemple un nombre pair de sorties, ou en variante un nombre impair. Les sorties d’un flasque peuvent par exemple être régulièrement réparties autour du flasque, par exemple à 180° quand le flasque comporte 2 sorties, et à 90° quand le flasque comporte 4 sorties.

Les canaux d’amenée peuvent être orientés radialement. Chaque flasque peut comporter un unique canal d’amenée, ou bien entre 1 et 8 canaux d’amenée, par exemple 2, 4, 6 ou 8. Il peut comporter par exemple un nombre pair de canaux d’amenée, ou en variante un nombre impair. Les canaux d’amenée d’un flasque peuvent par exemple être régulièrement répartis autour du flasque, par exemple à 180° quand le flasque comporte 2 canaux, et à 90° quand le flasque comporte 4 canaux. Le flasque peut avoir une plus grande dimension longitudinale comprise entre 5 mm et 20 mm, mieux entre 8 mm et 15 mm, étant par exemple de l’ordre de 12 mm.

Les canaux d’amenée peuvent comporter chacun une entrée du côté de l’axe de rotation du rotor, lesdites entrées étant reliées entre elles à une extrémité radialement intérieure par un évidemment annulaire.

En variante, les entrées ne sont pas reliées entre elles, chaque canal d’amenée comportant par exemple une portion d’entrée évasée en direction de l’axe de rotation du rotor. L’évidemment annulaire ou la ou les portions d’entrée évasées peuvent servir à collecter le liquide de refroidissement provenant du rotor, et à le répartir dans les différents canaux d’amenée du flasque. Une telle configuration permet de favoriser une répartition régulière.

Dans le cas d’une portion d’entrée évasée, l’aire de la portion d’entrée évasée mesurée dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor peut être comprise entre 10 mm² et 50 mm², mieux entre 20 mm² et 40 mm², étant par exemple de l’ordre de 30 mm².

Dans le cas d’un évidemment annulaire, la différence entre les diamètres intérieur et extérieur de cet évidemment peut être comprise entre 1 mm et 6 mm, mieux entre 2 mm et 5 mm, étant par exemple de l’ordre de 3,5 mm.

Une face extérieure du flasque peut être configurée pour limiter la présence de liquide de refroidissement dans l’entrefer et favoriser sa projection vers des conducteurs électriques de la machine.

Le flasque peut être une pièce de fonderie, étant notamment réalisé en aluminium ou alliage d’aluminium, notamment par fonderie sous pression. La géométrie du flasque, avec des canaux formés à l’interface entre le flasque et le paquet de tôles rotoriques ou de forme simple, permet une fabrication très simple sans reprise d’usinage ni perçage, ou avec reprise d’usinage et perçage éventuels, mais aisés à réaliser. D’autres matériaux que l’aluminium peuvent être utilisés. En variante, le flasque peut être réalisé par usinage.

Le flasque peut également comporter un ou plusieurs canaux d’amenée d’un liquide de refroidissement alimentés depuis un paquet de tôles rotoriques du rotor, au moins un canal d’amenée comportant une portion de pulvérisation du liquide de refroidissement, cette portion de pulvérisation étant disposée dans la deuxième moitié du canal d’amenée, lorsque l’on se déplace dans le sens de circulation du liquide de refroidissement. La portion de pulvérisation peut être telle que décrite ci-après.

L’invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un flasque de rotor de machine électrique tournante, comportant un ou plusieurs canaux d’amenée d’un liquide de refroidissement alimentés depuis un canal formé dans un paquet de tôles rotoriques ou dans un arbre du rotor ou entre le paquet de tôles rotoriques et l'arbre, au moins un canal d’amenée comportant une portion de pulvérisation du liquide de refroidissement. Cette portion de pulvérisation peut être disposée dans les deux derniers tiers du canal d’amenée, lorsque l’on se déplace dans le sens de circulation du liquide de refroidissement. La portion de pulvérisation peut être disposée dans la deuxième moitié du canal d’amenée, lorsque l’on se déplace dans le sens de circulation du liquide de refroidissement. Le flasque peut comporter l’une ou plusieurs des caractéristiques décrites ci-avant ou ci-après.

La portion de pulvérisation permet d’éclater le flux de liquide de refroidissement, et ainsi de favoriser la création d’un brouillard de gouttelettes. Par "brouillard de gouttelettes", on entend un flux de gouttelettes de liquide de refroidissement. Le liquide de refroidissement peut se mélanger à de l’air. Le liquide de refroidissement peut ainsi être mieux réparti, de façon équilibrée, et ainsi on peut favoriser une bonne répartition de celui-ci dans le rotor, et de part et d’autre de celui-ci, vers les conducteurs électriques de la machine. Cela est particulièrement utile lorsque le liquide de refroidissement est apporté par une alimentation centrale, notamment unique.

Par ailleurs, l’invention permet d’éclater le jet de liquide de refroidissement, afin d’obtenir un brouillard de liquide sur des conducteurs électriques de la machine électrique tournante. Les gouttelettes créées peuvent être projetées vers les conducteurs électriques, notamment les têtes de bobines. Ces gouttelettes peuvent traverser les têtes de bobines à leur base, ce qui favorise encore leur refroidissement.

La portion de pulvérisation est plus proche de l’entrefer et des têtes de bobines de la machine que de l’axe de rotation. Elle est en particulier plus proche de l’entrefer et des têtes de bobines que de la surface de l’arbre.

La portion de pulvérisation peut comporter une portion de canal ménagée à 360° dans le flasque.

Cette portion de canal peut avoir une longueur comprise entre 0,2 et 6 mm, mieux entre 1 et 4 mm, étant par exemple de l’ordre de 2,5 mm. La longueur de cette portion de canal peut être comprise entre 0,4 et 11 % d’un rayon du flasque, mieux entre 2 et 8 %, étant par exemple de l’ordre de 5 % d’un rayon du flasque.

Une plus grande dimension transversale de ce canal peut être comprise entre 1 et 5 mm, mieux entre 1,5 mm et 3 mm, étant par exemple de l’ordre de 2,5 mm.

Dans la portion de pulvérisation, la section transversale du canal d’amenée peut diminuer puis augmenter lorsque l’on s’éloigne de l’axe de rotation de la machine.

La portion de canal peut être obtenue par perçage.

Elle peut s’étendre selon un axe longitudinal qui s’étend dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor.

En variante, son axe longitudinal peut être incliné par rapport à ce plan perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor, par exemple d’un angle compris entre 0° et 15°, mieux entre 0° et 10°, par exemple de l’ordre de 3°. Il peut par exemple être parallèle à une face du flasque destinée à venir face au paquet de tôles.

En variante ou additionnellement, la portion de pulvérisation du canal d’amenée peut comporter un ou plusieurs picots disposés en travers du flux de liquide de refroidissement.

Les picots peuvent être moulés, venus de fonderie avec le reste du flasque. En variante, les picots peuvent être réalisés par électroérosion, notamment avec une matrice en cuivre dans un bain. En variante encore, les picots peuvent être rapportés sur le flasque. Les picots peuvent être repris d’usinage, le cas échéant. Les picots peuvent encore être fabriqués par une méthode d'impression 3D.

Les picots peuvent être orientés parallèlement à un axe de rotation du rotor. Les picots peuvent être orientés perpendiculairement à un axe longitudinal du canal d’amenée.

Les picots peuvent être de forme générale cylindrique de révolution. Ils peuvent être en section transversale de forme générale discoïde, elliptique, polygonale, carrée, rectangulaire ou autre, cette liste n’étant pas limitative. En variante, les picots peuvent avoir une forme de cône tronqué. Ils peuvent être plats à leur extrémité libre, afin de favoriser un bon contact avec les tôles du paquet de tôles.

Le flasque peut comporter, pour une portion de pulvérisation, un nombre de picots compris entre 1 et 20, mieux entre 2 et 15, voire entre 3 et 12, notamment 4.

Les picots peuvent être disposés en une ou plusieurs rangées, par exemple une, deux ou trois rangées, étant par exemple disposés en quinconce. Dans le cas où les picots sont en plusieurs rangées, ils peuvent être disposés en quinconce.

L’écart d entre deux picots, mesuré entre leurs axes longitudinaux, peut être compris entre 0,5 mm et 5 mm, mieux entre 1 mm et 3 mm, étant par exemple de l’ordre de 2 mm.

Les picots peuvent être disposés en quinconce régulier. Un picot peut être disposé à égale distance de tous les picots les plus proches, dans toutes les directions. L’écart d1 entre deux rangées de picots, mesuré entre leurs axes longitudinaux, peut être compris entre 0,5 mm et 6 mm, mieux entre 2 mm et 5 mm, étant par exemple de l’ordre de 3,5 mm.

En variante, les picots peuvent être disposés en quinconce irrégulier, avec des rangées écartées d’un plus grand écart d2. L’écart d2 peut être compris entre 1 mm et 7 mm, mieux entre 2 mm et 6 mm, étant par exemple de l’ordre de 4,5 mm.

Les picots peuvent avoir un diamètre compris entre 0,5 mm et 4 mm, mieux entre 1 mm et 3 mm, étant par exemple de l’ordre de 2 mm.

Dans un mode de réalisation, la portion de pulvérisation peut comporter quatre picots répartis en trois rangées. La première et la troisième rangée peuvent comporter un picot et la deuxième rangée peut comporter deux picots. Les picots peuvent être disposés en quinconce régulier ou irrégulier.

Au moins un picot, en particulier celui ou ceux de la troisième rangée, peut comporter au moins une ailette, par exemple deux ailettes. La ou les ailettes peuvent s'étendre selon un plan perpendiculaire au plan du flasque.

La distance h1 entre la première rangée de picot et l'axe de rotation du rotor peut être comprise entre 10 mm et 50 mm, mieux entre 15 mm et 40 mm, étant par exemple de l’ordre de 30 mm. La distance l1 entre les centres des deux picots de la deuxième rangée peut être comprise entre 1 mm et 8 mm, mieux entre 2 mm et 6 mm, étant par exemple de l’ordre de 4 mm.

L'écart entre la première et la deuxième rangée peut être supérieur à l'écart entre la deuxième et la troisième rangée. L'écart h2 entre la première et la deuxième rangée peut être compris entre 1 mm et 10 mm, mieux entre 2 mm et 6 mm, étant par exemple de l’ordre de 4,5 mm. L'écart h3 entre la deuxième et la troisième rangée peut être compris entre 1 mm et 10 mm, mieux entre 2 mm et 5 mm, étant par exemple de l’ordre de 3,5 mm.

Le picot de la première rangée peut permettre tout particulièrement d’exploser le jet à basse vitesse, c’est-à-dire à une vitesse inférieure à 5000 tours/min. La deuxième rangée de deux picots peut permettre tout particulièrement d'éclater le jet à toutes les vitesses de rotation de la machine.

La deuxième rangée comporte avantageusement deux picots pour pouvoir éclater le jet de manière satisfaisante dans les deux sens de rotation de la machine. La troisième rangée peut permettre tout particulièrement de casser le jet à toutes les vitesses et ainsi permettre de former le brouillard de gouttelettes.

Chaque picot peut présenter autour de sa périphérie un espace libre, c’est-à-dire un espace où il n'y a pas d'autre picot ou un bord du canal. Cet espace libre peut présenter la forme d'un disque notamment centré sur le picot. Lorsque l'espace libre est un disque, il peut être de diamètre compris entre 1 mm et 5 mm, mieux entre 2 mm et 4 mm, étant par exemple de l’ordre de 3 mm.

Les bords du canal d'amenée, au niveau de la portion de pulvérisation peuvent présenter des portions courbes, notamment des bosses et/ou des creux. Un creux correspond à une augmentation de la largeur du canal et une bosse correspond à une réduction de la largeur du canal. Les bords du canal peuvent présenter une alternance de creux et de bosses. Par exemple, les bords du canal, au niveau de la portion de pulvérisation, peuvent présenter chacun entre 1 et 5 bosses, notamment 2 bosses. Les bords du canal, au niveau de la portion de pulvérisation, peuvent présenter chacun entre 1 et 5 creux, notamment 2 creux. Dans un mode privilégié de l'invention, les bords du canal présentent chacun deux creux et deux bosses.

Les creux peuvent présenter des rayons de courbures différents. Par exemple au moins un des creux peut présenter un rayon de courbure supérieur aux autres creux. Ainsi, les bords du canal peuvent comporter des petits creux et des grands creux. Le rayon de courbure des petits creux peut être compris entre 0,2 mm et 3 mm, mieux entre 0,5 mm et 2 mm, étant par exemple de l’ordre de 1 mm. Le rayon de courbure des grands creux peut être compris entre 1 mm et 5 mm, mieux entre 2 mm et 4 mm, étant par exemple de l’ordre de 3 mm. Un grand creux peut être disposés entre deux bosses.

Les bosses peuvent toutes avoir le même rayon de courbure. Le rayon de courbure des bosses peut être égal à celui du ou des petits creux. Le rayon de courbure des bosses peut être compris entre 0,2 mm et 3 mm, mieux entre 0,5 mm et 2 mm, étant par exemple de l’ordre de 1 mm. Les bosses peuvent être alignées avec un ou plusieurs picots. En variante les bosses peuvent être décalées, notamment légèrement, par rapport à un ou plusieurs picots. La distance h5 entre le centre d'une bosse et le centre d'un petit creux adjacent est comprise entre 0,5 mm et 5 mm, mieux entre 1 mm et 3 mm, étant par exemple de l’ordre de 1,7 mm.

Les creux permettent de ménager un espace suffisant autour des picots pour permettre la fabrication du flasque par fonderie. Grâce à ces espaces, il est possible d'utiliser des picots suffisamment larges sans risque que les picots ne cassent et que le moule utilisé soit suffisamment résistant.

L'alternance de creux et de bosses permet d'orienter le flux de fluide de refroidissement dans le canal et en particulier de faire en sorte qu'il soit bien projeté sur les picots afin que le brouillard de gouttelettes puisse se former.

Le rapport entre le rayon de courbure des grands creux et le diamètre des picots peut être compris entre 0,2 et 3, mieux entre 1 et 2, étant par exemple de l’ordre de 1,33.

La distance l2 entre les dessus de deux bosses disposées face à face peut être compris entre 1 mm et 10 mm, mieux entre 3 mm et 8 mm, étant par exemple de l’ordre de 6 mm.

La distance l3 entre les fonds de deux petits creux disposés face à face peut être comprise entre 3 mm et 12 mm, mieux entre 4 mm et 10 mm, étant par exemple de l’ordre de 7,5 mm.

Le rapport de la distance l2 entre les dessus de deux bosses disposées face à face sur le diamètre des picots peut être compris entre 1 et 6, mieux entre 1,5 et 5, étant par exemple de l’ordre de 3.

La distance l3 entre le fond d'un petit creux et un rétrécissement d'un conduit d'amenée peut être comprise entre 3 mm et 12 mm, mieux entre 5 mm et 10 mm, étant par exemple de l’ordre de 7,8 mm.

Une surface de la section transversale de la portion de pulvérisation peut être comprise entre 3 mm² et 30 mm², mieux entre 5 mm² et 25 mm², étant par exemple de l’ordre de 15 mm². La surface de la section transversale de la portion de pulvérisation est calculée en déduisant celle des picots éventuels. La forme de la section transversale de la portion de pulvérisation peut être de forme rectangulaire, carrée, circulaire, demi-lune ou autre encore, cette liste n’étant pas limitative.

La portion de pulvérisation peut être de préférence située dans les deux derniers cinquièmes du canal d’amenée, lorsque l’on se déplace dans le sens de circulation du liquide de refroidissement, mieux dans un dernier tiers, voir dans un dernier quart du canal d’amenée.

La longueur D2 du canal d’amenée est mesurée entre l’entrée de celui-ci dans le bas du flasque, au niveau de l’arbre, et le haut du flasque, au niveau de l’entrefer. La longueur D2 du canal d’amenée peut être comprise entre 20 mm et 100 mm, mieux entre 25 mm et 80 mm, étant par exemple de l’ordre de 33 mm.

La longueur D du canal d’amenée avant la portion de pulvérisation peut être comprise entre 10 mm et 50 mm, mieux entre 15 mm et 40 mm, étant par exemple de l’ordre de 26 mm.

Un rapport D/D2 peut être compris entre 0,5 et 1, mieux entre 0,6 et 0,9, étant par exemple de l’ordre de 0,8.

Les bords des canaux d'amenée situés entre l'entrée et la portion de pulvérisation peuvent être convexes. En variante, les bords des canaux d'amenée situés entre l'entrée et la portion de pulvérisation peuvent être sensiblement rectilignes. Lorsque les bords des canaux d'amenée situés entre l'entrée et la portion de pulvérisation sont sensiblement rectilignes, les bords peuvent être incliné d'un angle γ par rapport à un plan contenant l'axe de rotation de la machine et tangent à un rétrécissement du conduit d'amenée. L'angle d'inclinaison γ peut être compris entre 15 ° et 30 °, mieux entre 20 ° et 25 °, par exemple de l'ordre de 22,5 °. Une telle inclinaison permet d'orienter le flux de fluide de refroidissement en particulier vers les picots les plus éloignés de l'axe de rotation de la machine.

Le flasque peut comporter une portion terminale évasée, notamment située après la portion de pulvérisation, lorsque l’on se déplace dans le sens de circulation du liquide de refroidissement. La portion terminale évasée débouche sur la tranche extérieure du flasque. Elle permet d’orienter le liquide de refroidissement vers le stator, et notamment les conducteurs électriques de celui-ci, et en particulier les têtes de bobines.

La portion terminale évasée comporte un fond incliné d’un angle α par rapport à un plan perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor. L’angle α peut être compris entre 2° et 30°, mieux entre 10° et 20°, étant par exemple de l’ordre de 15°. Ce fond incliné permet de donner accès au liquide de refroidissement jusqu’à l’extrémité du flasque.

La portion terminale évasée peut former un angle d’évasement β dans ce plan perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor. L’angle d’évasement β peut être compris entre 10° et 50°, mieux entre 20° et 40°, étant par exemple de l’ordre de 30°. L’angle d’évasement β permet d’avoir une zone plus ou moins large d’arrosage de liquide de refroidissement sur les têtes de bobines.

La portion terminale évasée peut comporter une encoche disposée sur la tranche du flasque et orientée radialement. Cette encoche permet de faciliter l'orientation et l'indexation du flasque.

L’invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un flasque de rotor de machine électrique tournante, comportant un ou plusieurs canaux d’amenée d’un liquide de refroidissement alimentés depuis un paquet de tôles rotoriques du rotor, au moins un canal d’amenée comportant une portion de pulvérisation du liquide de refroidissement, cette portion de pulvérisation étant disposée dans la deuxième moitié du canal d’amenée, lorsque l’on se déplace dans le sens de circulation du liquide de refroidissement, le flasque comportant en outre au moins un canal d’amenée comportant un rétrécissement de section transversale, la section transversale du canal d’amenée diminuant puis augmentant lorsque l’on s’éloigne de l’axe de rotation de la machine. Le rétrécissement peut notamment être situé dans une première moitié du canal d’amenée, lorsque l’on se déplace dans le sens de circulation du liquide de refroidissement. Le rétrécissement et la portion de pulvérisation peuvent être séparés par une portion de canal dans laquelle la section transversale du canal d’amenée est plus large que dans le rétrécissement et dans la portion de pulvérisation.

Le flasque peut comporter au moins un canal d’amenée comportant une portion de pulvérisation du liquide de refroidissement, cette portion de pulvérisation étant disposée dans la deuxième moitié du canal d’amenée, lorsque l’on se déplace dans le sens de circulation du liquide de refroidissement, ainsi qu’un rétrécissement de section transversale, la section transversale du canal d’amenée diminuant puis augmentant lorsque l’on s’éloigne de l’axe de rotation de la machine.

Rotor

L’invention a encore pour objet un rotor comportant un paquet de tôles rotoriques et au moins un flasque tel que défini précédemment. Le flasque peut être disposé à une extrémité du paquet de tôles rotoriques.

Dans un mode de réalisation, l’invention a pour objet un rotor comportant un paquet de tôles rotoriques et deux flasques chacun disposé à une extrémité du paquet de tôles rotoriques.

Au moins un canal axial de distribution du liquide de refroidissement vers le ou les flasques peut être formé dans le paquet de tôles rotoriques ou entre le paquet de tôles rotoriques et l’arbre, le long du celui-ci. Ce ou ces canaux axiaux de distribution peuvent traverser axialement au moins une partie des tôles du paquet de tôles rotoriques. La circulation du liquide de refroidissement dans le rotor peut être symétrique par rapport à un plan perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor.

Le ou chaque canal d’amenée et/ou l’évidemment annulaire et/ou la ou les portions évasées peuvent faire face à au moins un canal axial de distribution du paquet de tôles rotoriques.

Le rotor peut comporter des aimants permanents insérés dans le paquet de tôles rotoriques. Il 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. 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, 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).

Le liquide de refroidissement peut être de l’huile. Le liquide de refroidissement peut circuler dans les logements des aimants permanents, ou entre l’arbre et le paquet de tôles. Le liquide de refroidissement peut être en contact direct avec les aimants permanents du rotor sur une partie d’une surface externe desdits aimants permanents, de sorte à avoir une captation des calories à évacuer de manière optimale et protéger ainsi les aimants permanents du rotor. On entend par « contact direct » un contact physique avec la surface externe des aimants permanents, qui peut éventuellement être recouverte d’un vernis de protection.

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 ou de 25 000 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.

L’invention peut convenir tout particulièrement pour des machines de forte puissance.

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.

Le ou les canaux d’amenée peuvent déboucher en regard de têtes de bobines du stator. Les têtes de bobines du stator sont les parties des conducteurs électriques du stator qui dépassent de la masse statorique.

La machine peut comporter un arbre parcouru sur au moins une partie de sa longueur par un canal interne de fourniture du liquide de refroidissement. L’arbre peut ne pas être parcouru sur toute sa longueur par un flux de liquide de refroidissement dans un seul sens. Au contraire, il peut être parcouru par un flux de liquide de refroidissement sur environ une moitié de sa longueur. Le canal interne de l’arbre peut comporter une première portion axiale sur une moitié de la longueur de l’arbre, et une deuxième portion radiale configurée pour conduire le liquide de refroidissement de la première portion vers le paquet de tôles, et en particulier vers le canal axial de distribution du liquide de refroidissement formé dans le paquet de tôles rotoriques ou entre le paquet de tôles rotoriques et l’arbre, le long du celui-ci.

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, 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 connectées 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.

Procédés

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.

L’invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un procédé de refroidissement d’une machine électrique tournante telle que définie plus haut. Le procédé de refroidissement peut comporter l’étape suivante : faire circuler le liquide de refroidissement dans des sens opposés au sein du rotor, puis projeter sur les têtes de bobines du stator le liquide de refroidissement.

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

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

La est une vue de face d’un flasque du rotor de la .

La une vue en coupe, schématique et partielle, du flasque de la .

La est une vue analogue à la d’une variante de réalisation.

La est une vue de face d’un flasque du rotor de la .

La une vue en coupe, schématique et partielle, du flasque de la .

La est une vue de détails, en coupe, du flasque des figures 4 à 6.

La est une vue de détails, en coupe, du flasque des figures 4 à 6.

La est une vue analogue à la d’une variante de réalisation.

La est une vue analogue à la d’une variante de réalisation.

La est une vue analogue à la d’une variante de réalisation.

La est une vue analogue à la d’une variante de réalisation.

La est une vue analogue à la d'une variante de réalisation.

La est une vue en perspective du flasque de la .

La est une autre vue en perspective du flasque de la .

La est une vue analogue à la du flasque de la .

La est une vue analogue à la d'une variante de réalisation.

La est une vue en perspective du flasque de la .

Description détaillée

Sur les figures et dans la suite de la description, les mêmes références représentent des éléments identiques ou similaires.

On a illustré aux figures 1 à 3 un rotor intérieur 1 de machine électrique tournante, comportant également un stator extérieur 2. Le stator 2 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 conducteurs électriques 4 du stator 2.

Le rotor 1 représenté à la 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 rotoriques 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 deux flasques 10 chacun disposé à une extrémité du paquet de tôles rotoriques 8.

Chacun des flasques 10 comporte deux canaux d’amenée 12 d’un liquide de refroidissement, tous deux orientés radialement et alimentés depuis le paquet de tôles rotoriques du rotor. Ces deux canaux d’amenée 12 sont disposés à 180°, comme visible sur la figue 2, et ils sont alimentés depuis un canal axial de distribution 13 du liquide de refroidissement vers le flasque qui est formé entre le paquet de tôles rotoriques 3 et l’arbre 5, le long du celui-ci. Ce canal axial de distribution 13 est alimenté par un canal central 51 de l’arbre 5, qui communique avec des canaux radiaux 52. La circulation du liquide de refroidissement dans le rotor est ainsi symétrique par rapport à un plan perpendiculaire à l’axe de rotation X du rotor.

Les canaux d’amenée 12 des flasques 10 comportent chacun une entrée 12a du côté de l’axe de rotation X du rotor 1, lesdites entrées étant reliées entre elles à une extrémité radialement intérieure par un évidemment annulaire 14. L’évidemment annulaire 14 sert à collecter le liquide de refroidissement provenant du rotor, et à le répartir dans les deux canaux d’amenée du flasque. La différence entre le diamètre intérieur et extérieur de cet évidemment est dans l’exemple décrit de l’ordre de 3,5 mm.

Les canaux d’amenée 12 comportent en outre une sortie 12b du côté opposé, au niveau des têtes de bobines des conducteurs électriques 4. Les sorties 12b sont disposées à la périphérie du flasque, sur une tranche radialement extérieure du flasque, et orientées radialement vers l’extérieur, permettant la projection du liquide de refroidissement sur le stator. Les sorties sont formées en creux sur une face du flasque tournée vers le paquet de tôles rotoriques 3, comme visible sur la . Dans l’exemple décrit, chaque flasque comporte deux sorties 12b, réparties autour du flasque à 180°.

Le ou les canaux sont formés dans l’épaisseur du flasque, plus précisément en creux sur une face du flasque tournée vers ledit paquet de tôles rotoriques 8.

Chacun des deux canaux 12 comporte en outre un rétrécissement 15 de sa section transversale, la section transversale du canal d’amenée 12 diminuant puis augmentant lorsque l’on s’éloigne de l’axe de rotation X, ce qui permet de limiter le débit du liquide de refroidissement, et ainsi de favoriser une bonne répartition de celui-ci dans le rotor, et de part et d’autre de celui-ci.

La surface de la section transversale du rétrécissement 15 peut être dans l’exemple décrit de l’ordre de 1,7 mm².

Le rétrécissement 15 est situé dans une première moitié du canal d’amenée, lorsque l’on se déplace dans le sens de circulation du liquide de refroidissement, à proximité de l’évidemment annulaire 14.

Une face extérieure de chaque flasque a une inclinaison orientée vers l’arbre 5, ce qui permet de limiter la présence de liquide de refroidissement dans l’entrefer et favoriser sa projection vers des conducteurs électriques de la machine.

Par ailleurs, chaque canal d’amenée 12 comporte une portion de pulvérisation 18 du liquide de refroidissement, cette portion de pulvérisation 18 étant disposée dans la deuxième moitié du canal d’amenée, lorsque l’on se déplace dans le sens de circulation du liquide de refroidissement. La portion de pulvérisation 18 permet d’éclater le flux de liquide de refroidissement, et ainsi de favoriser la création d’un brouillard de gouttelettes. Dans la portion de pulvérisation 18, la section transversale du canal d’amenée diminue puis augmente lorsque l’on s’éloigne de l’axe de rotation de la machine.

Dans l’exemple décrit, la portion de pulvérisation 18 comporte une portion de canal ménagée à 360° dans le flasque, qui peut être obtenue par perçage. Cette portion de canal a ici une longueur l de l’ordre de 2,5 mm. Une plus grande dimension e transversale de ce canal est de l’ordre de 2,5 mm.

Dans l’exemple décrit, elle s’étend selon un axe longitudinal qui s’étend dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor. En variante, son axe longitudinal pourrait être incliné par rapport à ce plan perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor.

Dans une variante de réalisation illustrée aux figures 4 à 8, la portion de pulvérisation du canal d’amenée comporte des picots 20 disposés en travers du flux de liquide de refroidissement. Ces picots 20 sont moulés, venus de fonderie avec le reste du flasque.

Les picots 20 sont dans l’exemple décrit orientés parallèlement à un axe de rotation du rotor et perpendiculairement à un axe longitudinal du canal d’amenée 12.

Les picots 20 sont de forme générale cylindrique de révolution, et en section transversale de forme générale en disque, comme visible sur la . Ils sont en outre plats à leur extrémité libre, afin de favoriser un bon contact avec les tôles du paquet de tôles.

Les picots 20 sont dans cet exemple disposés en deux rangées, ici respectivement de deux et trois picots, et en quinconce. L’écart d entre deux picots, mesuré entre leurs axes longitudinaux, est de l’ordre de 1 mm, comme illustré sur la . Les picots sont dans cet exemple disposés en quinconce régulier, un picot étant disposé à égale distance de tous les picots les plus proches, dans toutes les directions. L’écart d1 entre deux rangées de picots, mesuré entre leurs axes longitudinaux, est de l’ordre de 1,7 mm.

En variante, les picots pourraient être disposés autrement.

Dans l’exemple de la , ils sont disposés en trois rangées, ici respectivement de un, deux et trois picots, et en quinconce régulier comme sur la , avec un écartement d1 entre deux rangées de picots qui est ici de l’ordre de 1,7 mm.

En variante, la portion de pulvérisation 18 peut ne comporter qu’une seule rangée, comme illustré à la , qui comporte une rangée unique de trois picots.

En variante encore, les picots peuvent être disposés en quinconce irrégulier, avec des rangées écartées d’un plus grand écart d2, comme illustré sur les figures 9c et 9d. L’écart d2 peut être ici de l’ordre de 3,7 mm. Dans l’exemple de la , on a deux rangées de trois et quatre picots, et dans l’exemple de la , on a trois rangées de 3, 4 et 5 picots.

Sur tous ces exemples, une surface de la section transversale de la portion de pulvérisation peut être comprise entre 3 mm² et 30 mm², étant par exemple de l’ordre de 15 mm². Elle est calculée en déduisant celle des picots éventuels.

Dans tous ces exemples également, la portion de pulvérisation est située dans les deux derniers cinquièmes du canal d’amenée, de longueur D2, lorsque l’on se déplace dans le sens de circulation du liquide de refroidissement. La longueur D2 du canal d’amenée est mesurée entre l’entrée de celui-ci dans le bas du flasque, au niveau de l’arbre, et le haut du flasque, au niveau de l’entrefer, comme illustré sur la par exemple.

La longueur D du canal d’amenée avant la portion de pulvérisation est de l’ordre de 26 mm. Un rapport D/D2 est par exemple de l’ordre de 0,8.

Par ailleurs, dans la variante de réalisation des figures 4 à 8, les entrées 12a ne sont pas reliées entre elles, mais chaque canal d’amenée comporte une portion d’entrée 12a évasée en direction de l’axe de rotation du rotor. Les deux portions d’entrée évasée 12a permettent de collecter le liquide de refroidissement provenant du rotor. L’aire de la portion d’entrée évasée 12a mesurée dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor est dans l’exemple décrit de l’ordre de 30 mm².

Dans cet exemple, la surface de la section transversale du rétrécissement 15 est de l’ordre de 2,4 mm². La forme de la section transversale du rétrécissement est dans cet exemple de forme sensiblement rectangulaire, comme illustré sur la . En variante, il pourrait être de forme carrée, circulaire, demi-lune ou autres encore, cette liste n’étant pas limitative.

Par ailleurs, le canal d’amenée 12 comporte une portion terminale 12b évasée, située après la portion de pulvérisation, lorsque l’on se déplace dans le sens de circulation du liquide de refroidissement. La portion terminale évasée 12b débouche sur la tranche extérieure du flasque. Elle comporte un fond incliné d’un angle α par rapport à un plan perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor, comme illustré sur la . L’angle α est ici de l’ordre de 15°. La portion terminale évasée forme également un angle d’évasement β dans ce plan perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor, comme visible sur la . L’angle d’évasement β est ici de l’ordre de 30°.

Dans l'exemple des figures 10a, 10b, 10c et 10d, la portion de pulvérisation 18 comporte quatre picots 20 répartis en trois rangées. La première et la troisième rangée comportent chacune un picot 20 et la deuxième rangée comporte deux picots 20. L'écart h2 entre la première et la deuxième rangée est de l’ordre de 4,5 mm. L'écart h3 entre la deuxième et la troisième rangée est de l’ordre de 3,5 mm. L'écart entre la première et la deuxième rangée est supérieure à l'écart entre la deuxième et la troisième rangée, les picots 20 sont donc disposés en quinconce irrégulier. Le picot 20 de la troisième rangée comporte deux ailettes.

Le diamètre D' des picots est de l'ordre de 2 mm.

Dans ce mode de réalisation, le canal d'amenée comporte en outre un rétrécissement 15 de sa section transversale. Ce rétrécissement est disposé entre l'entrée 12a du canal et la portion de pulvérisation 18.

Chaque picot présente autour de sa périphérie un espace libre 21, c’est-à-dire un espace où il n'y a pas d'autres picots ou un bord du canal. Cet espace libre a la forme d'un disque centré sur le picot et de diamètre de l’ordre de 3 mm.

Les bords 121 du canal au niveau de la portion de pulvérisation présentent chacun un grand creux 31, un petit creux 32 et deux bosses 30,30'.

Le rayon de courbure Ra du petit creux 32 est de l'ordre de 1 mm. Le rayon de courbure Rb du grand creux 31 est de l'ordre de 3 mm. Le petit creux 32 est plus proche de l'axe de rotation X que le grand creux 31. Pour chaque bord 121, le grand creux 31 est disposé entre les deux bosses 30,30'. Le petit creux 32 permet d'orienter le flux de fluide de refroidissement vers les deux picots de la deuxième rangée afin qu'il soit cassé pour former un brouillard de gouttelettes.

Les bosses 30,30' ont toutes le même rayon de courbure Ra' qui est de l’ordre de 1 mm. La bosse 30 la plus éloignée de l'axe X de rotation de la machine est alignée avec le picot 20 de la troisième rangée. En revanche, la bosse 30' la plus proche de l'axe X de rotation de la machine est légèrement décalée par rapport au picot de la première rangée. Le rayon de courbure Ra des petits creux est ici égal au rayon de courbure Ra' des bosses.

La distance h5 entre le centre de la bosse 30' la plus proche de l'axe de rotation de la machine et le centre du petit creux 32 adjacent est de l’ordre de 1,7 mm.

La portion terminale évasée de la sortie 12b comporte une encoche 40 disposée sur la tranche du flasque et orientée radialement pour faciliter l'orientation et l'indexation du flasque. Dans ce mode de réalisation, les bords 120 du canal d'amenée situés entre l'entrée 12a et la portion de pulvérisation 18 sont convexes.

Le rapport entre le rayon de courbure Rb des grands creux et le diamètre D' des picots est compris entre 0,2 et 3, mieux entre 1 et 2, étant par exemple de l’ordre de 1,33.

La distance l2 entre les dessus des deux bosses les plus proche de l'axe X de rotation qui sont face à face est comprise entre 1 mm et 10 mm, mieux entre 3 mm et 8 mm, étant par exemple de l’ordre de 6 mm.

La distance l3 entre les fonds des deux petits creux les plus proche de l'axe X de rotation qui sont face à face est comprise entre 3 mm et 12 mm, mieux entre 4 mm et 10 mm, étant par exemple de l’ordre de 7,5 mm.

Le rapport de la distance l2 entre les dessus des deux bosses les plus proche de l'axe X de rotation sur le diamètre D' des picots 20 est compris entre 1 et 6, mieux entre 1,5 et 5, étant par exemple de l’ordre de 3.

La distance h1 entre la première rangée de picot et l'axe de rotation du rotor est de l’ordre de 30 mm. La distance l1 entre les centres des deux picots 20 de la deuxième rangée est de l’ordre de 4 mm.

La distance h4 entre le centre du picot de la première rangée et la première bosse 30' est comprise entre 0,2 mm et 3 mm, mieux entre 0,5 mm et 2 mm, par exemple est de l’ordre de 1 mm.

L'écart l4 entre le fond du petit creux 32 et le rétrécissement 15 est compris entre 1 mm et 7 mm, mieux entre 2 mm et 5 mm, étant par exemple de l’ordre de 3 mm

La distance h6 entre le fond du petit creux le plus proche de l'axe X de rotation et le rétrécissement est comprise entre 3mm et 12mm, mieux entre 5mm et 10mm, étant par exemple de l’ordre de 7,8mm.

Dans le mode de réalisation des figures 11a et 11b, contrairement à celui des figures 10a à 10d, les bords 120 du canal d'amenée situés entre l'entrée 12a et la portion de pulvérisation 18 sont sensiblement rectiligne.

Les bords 120 du canal d'amenée sont incliné d'un angle γ par rapport à un plan P contenant l'axe de rotation de la machine. Dans l'exemple représenté, cet angle γ est de l'ordre de 22,5 °.

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

Par exemple, on peut réaliser le rotor avec d’autres passages de liquide de refroidissement, par exemple orientés radialement à mi-longueur environ du paquet ou au contact des aimants.

Claims (17)

1. Flasque (10) de rotor de machine électrique tournante, comportant un ou plusieurs canaux d’amenée (12) d’un liquide de refroidissement alimentés depuis un canal formé dans un paquet de tôles rotoriques (8) ou dans un arbre du rotor ou entre le paquet de tôles rotoriques et l'arbre, au moins un canal d’amenée (12) comportant une portion de pulvérisation (18) du liquide de refroidissement, cette portion de pulvérisation (18) étant disposée dans les deux derniers tiers du canal d’amenée (12), lorsque l’on se déplace dans le sens de circulation du liquide de refroidissement.
2. Flasque selon la revendication précédente, la portion de pulvérisation (18) comportant une portion de canal ménagée à 360° dans le flasque.
3. Flasque selon l’une des revendications précédentes, la portion de pulvérisation du canal d’amenée comportant un ou plusieurs picots (20) disposés en travers du flux de liquide de refroidissement.
4. Flasque selon la revendication précédente, les picots (20) étant moulés, venus de fonderie avec le reste du flasque.
5. Flasque selon l’une des deux revendications précédentes, les picots (20) étant orientés parallèlement à un axe de rotation du rotor.
6. Flasque selon l’une des trois revendications précédentes, les picots (20) étant disposés en une ou plusieurs rangées, par exemple une, deux ou trois rangées, étant par exemple disposés en quinconce.
7. Flasque selon l’une quelconque des revendications précédentes, une surface de la section transversale de la portion de pulvérisation (18) étant comprise entre 3 mm² et 30 mm², mieux entre 5 mm² et 25 mm², étant par exemple de l’ordre de 15 mm².
8. Flasque selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant une portion terminale évasée (12b), notamment située après la portion de pulvérisation (18), lorsque l’on se déplace dans le sens de circulation du liquide de refroidissement.
9. Flasque selon la revendication précédente, la portion terminale évasée comportant un fond incliné d’un angle α par rapport à un plan perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor, l’angle α étant notamment compris entre 2° et 30°, mieux entre 10° et 20°, étant par exemple de l’ordre de 15°.
10. Flasque selon l'une des deux revendications précédentes, la portion terminale évasée formant un angle d’évasement β dans le plan perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor, l’angle d’évasement β étant notamment compris entre 10° et 50°, mieux entre 20° et 40°, étant par exemple de l’ordre de 30°.
11. Flasque selon l’une quelconque des revendications précédentes, au moins un canal d’amenée (12) comportant un rétrécissement (15) de section transversale, la section transversale du canal d’amenée diminuant puis augmentant lorsque l’on s’éloigne de l’axe de rotation de la machine, le rétrécissement (15) étant notamment situé dans une première moitié du canal d’amenée, lorsque l’on se déplace dans le sens de circulation du liquide de refroidissement.
12. Flasque selon l'une quelconque des revendications précédentes, les bords (121) du canal d'amenée présentant, au niveau de la portion de pulvérisation (18) des portions courbes.
13. Rotor de machine électrique tournante, comportant un paquet de tôles rotoriques (8) et au moins un flasque (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
14. Rotor selon la revendication précédente, au moins un canal axial (14) de distribution du liquide de refroidissement vers le flasque étant formé dans le paquet de tôles rotoriques (8) ou entre le paquet de tôles rotoriques (8) et l’arbre (5), le long du celui-ci.
15. Machine électrique tournante comportant un rotor (1) selon l’une des deux revendications précédentes, et un stator (2) le ou les canaux d’amenée (12) débouchant notamment en regard de têtes de bobines (4) du stator (2).
16. Machine selon la revendication précédente, comportant un arbre (5) parcouru sur au moins une partie de sa longueur par un canal interne (51) de fourniture du liquide de refroidissement.
17. Procédé de refroidissement d’une machine électrique tournante telle que définie dans l’une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel on fait circuler le liquide de refroidissement dans des sens opposés au sein du rotor (1), puis l’on projette sur les têtes de bobines du stator (2) le liquide de refroidissement.