FR3128078A1 - Flasque pour machine électrique tournante - Google Patents

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Abstract

Flasque pour machine électrique tournante Flasque (10) de rotor de machine électrique tournante autour d'un axe de rotation X, comportant une face intérieure (11) tournée vers une masse rotorique (4), une face extérieure (12) opposée à la face intérieure, une tranche (17) radialement extérieure s'étendant entre la face intérieure et la face extérieure et un alésage central (13), le flasque comportant : - une ou plusieurs ouvertures (14) traversantes entre la face intérieure et la face extérieure, et - au moins une ailette (15) s’étendant au moins partiellement dans l’ouverture. Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

Flasque pour machine électrique tournante
La présente invention concerne les machines électriques tournantes, et plus particulièrement celles refroidies par une circulation d’un fluide de refroidissement, notamment de l’air, circulant au moins partiellement par le rotor de la machine.
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 au cours du fonctionnement d’une machine électrique tournante par un fluide, notamment par un gaz, en particulier par de l’air circulant dans la machine électrique.
De telles machines électriques présentent souvent des zones de hautes températures localisées proche des têtes de bobines du stator et dans le rotor de la machine électrique. Les têtes de bobines étant en contact avec le fluide de refroidissement, la qualité de leur refroidissement dépend de la convection forcée interne dans la machine électrique.
Les demandes WO 2021/115806, EP 2 918 000, FR 2 988 236, FR 2 984 625, FR 2 984 630, FR 2 988 238, FR 2 988 237, FR 2 984 626, FR 2 995 171, EP 2 109 207, US 2011/0181138, EP 2 605 380, US 2020/0321830, FR 2 887 698, CN 207459903, US 2018/0337569, KR 1020180094446 et CN 210517922 divulguent des flasques pour des machines électriques tournantes. Les flasques comportent des ouvertures et des ailettes qui s’étendent à distance des ouvertures.
La demande EP 2 873 137 décrit un ventilateur comportant des pales s’étendant dans des ouvertures. Les pales sont rapportées sur le disque du ventilateur.
Il existe un besoin pour encore améliorer le refroidissement des machines électriques tournantes refroidies par une circulation de fluide de refroidissement, en particulier d’air.
L’invention vise à répondre à ce besoin et elle parvient, selon l’une de ses aspects, grâce à un flasque de rotor de machine électrique tournante autour d'un axe de rotation X, le flasque comportant une face intérieure tournée vers une masse rotorique, une face extérieure opposée à la face intérieure, une tranche radialement extérieure s'étendant entre la face intérieure et la face extérieure et un alésage central, le flasque comportant :
- une ou plusieurs ouvertures traversantes entre la face intérieure et la face extérieure, et
- au moins une ailette s’étendant au moins partiellement dans l’ouverture.
Le flasque selon l’invention, et en particulier les ailettes du flasque, favorise la circulation et le brassage de l’air au niveau des têtes de bobines du stator et/ou à l’intérieur du rotor. Cette amélioration de la circulation de l’air permet d’améliorer le refroidissement de la machine électrique lors de son fonctionnement. En particulier, la température au niveau des têtes de bobine du stator, des aimants du rotor et/ou du connecteur de phase peut être réduite plus efficacement.
Par ailleurs, le flasque selon l’invention permet d’améliorer le refroidissement de conducteurs électriques de la machine électrique, qui sont notamment fait en cuivre, et ainsi de réduire les pertes par effet Joules.
De plus, le flasque selon l’invention permet de réduire la température de la machine électrique et en particulier la température des têtes de bobines du stator.
Une seule ailette peut s’étendre à travers une ouverture. En variante plusieurs ailettes, par exemple deux, peuvent s’étendre à travers une même ouverture.
Le flasque peut également comporter des ailettes qui ne s’étendent pas au travers d’une ouverture.
Le flasque peut également comporter des ouvertures dans lesquelles aucune ailette ne s’étend au moins partiellement.
Le flasque peut comporter autant d’ailettes que de pôles de la machine. Par exemple, le flasque peut comporter six ailettes.
Le flasque peut comporter autant d’ouvertures que de pôles de la machine. En variante, le flasque peut comporter moins d’ouvertures que de pôles de la machine, le nombre d’ouvertures pouvant notamment être égal à la moitié du nombre de pôles. Par exemple, le flasque peut comporter 3 ou 6 ouvertures.
Dans un mode de réalisation particulier, le flasque peut comporter 6 ouvertures et 6 ailettes, chacune s’étendant au moins partiellement dans une ouverture. Dans un autre mode de réalisation, le flasque peut comporter 3 ouvertures et 6 ailettes, trois des ailettes s’étendant au moins partiellement dans une ouverture et les trois autres ailettes ne s’étendant dans aucune ouverture.
La ou les ouvertures peuvent être disposées radialement entre la tranche et l’alésage central du flasque.
Le flasque peut être fabriqué par usinage ou par moulage, notamment par fonderie.
Ailettes
Les ailettes peuvent toutes s’étendre sur la face extérieure. La face intérieure, qui est en contact avec la masse rotorique, peut être sensiblement lisse. La face intérieure peut ainsi être bien accolée à la masse rotorique.
La ou les ailettes peuvent être formées d’un seul tenant avec le flasque. Elles peuvent ne pas être rapportées sur le flasque.
La fabrication du flasque est ainsi facilitée. En particulier, il peut être moulé d’un seul tenant par fonderie.
Au moins une ailette peut être de forme sensiblement plane, et elle peut s’étendre selon un plan directeur.
L’utilisation d’ailettes sensiblement planes permet de faciliter leur fabrication. De plus, les ailettes planes permettent d’avoir le même écoulement de fluide de refroidissement, notamment d’air, quel que soit le sens de rotation de la machine. Un seul type d’ailette peut donc être utilisé pour tout le flasque. La fabrication du flasque est ainsi plus économique.
En variante, au moins une ailette peut comporter une portion courbée, notamment dans la direction axiale. Cette dernière peut être courbée autour d’un axe de courbure orienté perpendiculairement à un plan radial contenant l’axe de rotation X de la machine électrique. Une telle courbure de l’ailette permet de modifier la direction du flux du fluide de refroidissement d’un certain angle afin d’orienter le flux vers des canaux axiaux de la masse rotorique.
Au moins une ailette peut comporter une portion rectiligne et une portion courbée. En variante, au moins une ailette comporte deux portions rectilignes non alignées. Les deux portions rectilignes formant entre elles un angle θ pouvant être compris entre 90° et 180°, mieux entre 100° et 170°, mieux entre 110° et 160°, mieux entre 120° et 150°, par exemple de l’ordre de 135°.
Le plan directeur de l’ailette peut comprendre l’axe de rotation X de la machine.
Les ailettes peuvent être de forme sensiblement parallélépipédique. En variante, au moins une ailette peut être en forme de L. Dans ce cas, elle peut comporter deux parties parallélépipédiques disposées perpendiculairement. Les deux parties peuvent s’étendre dans un plan comprenant l’axe de rotation X de la machine. Chaque ailette peut comporter une partie qui s’étend sur la face extérieure du flasque et une partie qui s’étend dans l’ouverture.
Une ailette peut comporter deux faces sensiblement parallèles orientées radialement.
On désigne par « épaisseur de l’ailette » la dimension de l’ailette mesurée dans la direction circonférentielle. On désigne par « hauteur de l’ailette » la dimension de l’ailette mesurée dans la direction radiale. On désigne par « largeur de l’ailette » la dimension de l’ailette mesurée dans la direction axiale.
L’épaisseur du flasque correspond à la distance, mesurée selon la direction axiale, entre la face intérieure et la face extérieure.
Le flasque peut avoir une épaisseur comprise entre 5 et 30 mm, mieux entre 7 et 20 mm, mieux entre 10 et 15 mm, par exemple de l’ordre de 13 mm.
Le flasque peut avoir un diamètre compris entre 50 et 300 mm, mieux entre 75 et 200 mm, mieux entre 100 et 150 mm, par exemple de l’ordre de 136 mm.
La largeur de l’ailette, en particulier la largeur de la partie de l’ailette qui s’étend dans l’ouverture, peut être supérieure à l’épaisseur du flasque. Les ailettes peuvent ainsi dépasser du flasque, y compris au niveau des ouvertures. Ces dépassements permettent la formation de turbulences du fluide de refroidissement au niveau des ailettes et améliore ainsi le refroidissement.
En variante, la largeur des ailettes peut être inférieure à l’épaisseur du flasque.
On désigne par « largeur d’une partie d’une ailette qui s’étend sur la face extérieure du flasque » la largeur de la partie de l’ailette qui s’étend depuis le flasque. Cette largeur ne comprend pas l’épaisseur du flasque.
La largeur d’une partie d’une ailette qui s’étend sur la face extérieure du flasque peut être comprise entre 1 et 15 mm, mieux entre 2 et 10 mm, mieux entre 3 et 8 mm, par exemple de l’ordre de 5 mm.
La largeur d’une partie d’une ailette qui s’étend sur la face extérieure du flasque peut être comprise entre 0 et 20% du diamètre du flasque, mieux entre 1 et 15%, mieux entre 3 et 10%, par exemple de l’ordre de 3,7% du diamètre du flasque.
La largeur d’une partie d’une ailette qui s’étend sur la face extérieure du flasque peut être comprise entre 3 et 300% de l’épaisseur du flasque, mieux entre 10 et 200%, mieux entre 15 et 100%, mieux entre 20 et 75%, mieux entre 30 et 50%, par exemple de l’ordre de 38% de l’épaisseur du flasque.
La hauteur d’une ailette peut être comprise entre 10 et 35% du diamètre du flasque, mieux entre 15 et 30%, mieux entre 18 et 27%, par exemple de l’ordre de 25% du diamètre du flasque.
La hauteur d’une ailette peut être comprise entre 10 et 60 mm, mieux entre 20 et 50 mm, mieux entre 30 et 40 mm, par exemple de l’ordre de 35 mm.
La hauteur de la partie de l’ailette qui s’étend dans l’ouverture peut être comprise entre 1 et 15 mm, mieux entre 3 et 10 mm, mieux entre 5 et 8 mm, par exemple de l’ordre de 7 mm.
La hauteur de la partie de l’ailette qui s’étend dans l’ouverture peut être supérieure à 30% de la hauteur de l’ouverture mesurée dans la direction radiale, mieux supérieure à 50%, mieux supérieure 70%, par exemple de l’ordre de 100%.
Dans le cas où la hauteur de la partie de l’ailette qui s’étend dans l’ouverture est de l’ordre de 100% de la hauteur de l’ouverture mesurée dans la direction radiale, l’ailette traverse totalement l’ouverture.
L’épaisseur d’une ailette peut être comprise entre 0 et 20% du diamètre du flasque, mieux entre 1 et 15%, mieux entre 3 et 10%, par exemple de l’ordre de 3,7% du diamètre du flasque.
L’épaisseur d’une ailette peut être comprise entre 1 et 15 mm, mieux entre 2 et 10 mm, mieux entre 3 et 8 mm, par exemple de l’ordre de 5 mm.
L’épaisseur d’une ailette peut être inférieure à la largeur de l’ouverture, mesurée dans la direction circonférentielle, au travers de laquelle elle s’étend. Ceci permet de laisser de l’espace dans les ouvertures, notamment de part et d’autre de l’ailette, pour permettre l’écoulement du fluide de refroidissement.
Dans le cas d’une ailette en forme de L, les deux parties parallélépipédiques peuvent avoir des hauteurs et/ou des largeurs différentes.
Chaque ailette peut comporter une face inférieure et une face supérieure qui s’étendent toutes deux dans des plans perpendiculaires au flasque. La face inférieure est plus proche de l’axe de rotation X de la machine électrique que la face supérieure.
La face inférieure d’une ailette peut être située à une distance de l’axe de rotation X de la machine d’au moins 20%, mieux d’au moins 30%, mieux d’au moins 40%, par exemple de l’ordre de 45% du diamètre du flasque.
La face inférieure d’une ailette peut être située à une distance de l’axe de rotation X de la machine d’au plus 70%, mieux d’au plus 60%, mieux d’au plus 50%, par exemple de l’ordre de 45% du diamètre du flasque.
La face inférieure d’une ailette peut être située à une distance de l’axe de rotation X comprise entre 30 et 90 mm, mieux entre 40 et 80 mm, mieux entre 50 et 70 mm, par exemple de l’ordre de 60 mm.
La face supérieure d’une ailette peut être située à une distance de l’axe de rotation X de la machine d’au moins 60%, mieux d’au moins 70%, mieux d’au moins 80%, par exemple de l’ordre de 82% du diamètre du flasque.
La face supérieure d’une ailette peut être située à une distance de l’axe de rotation X de la machine d’au plus 100%, mieux d’au plus 90%, mieux d’au plus 85%, par exemple de l’ordre de 82% du diamètre du flasque.
La face supérieure d’une ailette peut être située à une distance de l’axe de rotation X comprise entre 70 et 135 mm, mieux entre 80 et 125 mm, mieux entre 100 et 115 mm, par exemple de l’ordre de 112 mm.
Au moins une ailette peut s’étendre selon un plan directeur perpendiculaire aux faces intérieure et extérieure du flasque. Au moins une ailette peut s’étendre selon un plan directeur incliné par rapport à l’axe de rotation X de la machine électrique.
Une ailette s’étendant selon un plan directeur perpendiculaire aux faces intérieure et extérieure permet de former un écoulement turbulent sur une de ses faces.
Une ailette s’étendant selon un plan directeur incliné par rapport à l’axe de rotation X de la machine électrique permet de faire en sorte que l’écoulement du fluide de refroidissement épouse mieux la forme de l’ailette. On limite ainsi les turbulences sur l’extrados de l’ailette ce qui permet de réduire les pertes aérodynamiques.
Une ailette peut être inclinée d’un angle par rapport aux faces intérieure et extérieure du flasque compris entre 0 et 90°, mieux entre 10 et 80°, mieux entre 20 et 70°, mieux entre 30 et 60°, par exemple de l’ordre de 45°.
Au moins une ailette peut s’étendre selon un plan directeur incliné par rapport à un plan radial contenant l’axe de rotation de la machine.
De telles inclinaisons d’ailettes permettent d’optimiser l’écoulement de l’air pour un point de fonctionnement donné. Par exemple, on peut incliner les ailettes de sorte que l’écoulement soit optimisé pour la vitesse de rotation à laquelle la machine électrique en fonctionnement est la plus chaude.
Au moins un tiers des ailettes peut s’étendre selon un plan directeur perpendiculaire aux faces intérieure et extérieure du flasque, mieux au moins la moitié, mieux au moins les deux tiers, mieux toutes les ailettes peuvent s’étendre selon un plan directeur perpendiculaire aux faces intérieure et extérieure du flasque.
Au moins un tiers des ailettes peut s’étendre selon un plan directeur incliné par rapport à l’axe de rotation de la machine, mieux au moins la moitié, mieux au moins les deux tiers, mieux toutes les ailettes peuvent s’étendre selon un plan directeur incliné par rapport à l’axe de rotation de la machine.
Au moins un tiers des ailettes peut s’étendre selon un plan directeur incliné par rapport à un plan radial, mieux au moins la moitié, mieux au moins les deux tiers, mieux toutes les ailettes peuvent s’étendre selon un plan directeur incliné par rapport à un plan radial.
Toutes les ailettes inclinées peuvent présenter la même inclinaison. En variante, au moins deux ailettes peuvent présenter des inclinaisons différentes. Par exemple 2, 3, 4, 5 ailettes peuvent présenter des inclinaisons différentes. Dans un autre mode de réalisation, toutes les ailettes peuvent présenter des inclinaisons différentes.
On peut incliner uniquement le bord d’attaque d’une ailette. Ainsi, seul le bord d’attaque de la ou les ailettes peut être incliné par rapport à l’axe de rotation de la machine et/ou par rapport à un plan radial.
Ouvertures
Le flasque selon l’invention peut comporter au moins deux ouvertures, notamment au moins deux ouvertures uniformément réparties autour de l’alésage central.
Dans un mode de réalisation particulier, le flasque peut comporter six ouvertures uniformément réparties et l’angle entre les milieux de deux ouvertures consécutives peut être de l’ordre de 60°. Dans un autre mode de réalisation particulier, le flasque peut comporter trois ouvertures uniformément réparties et l’angle entre les milieux de deux ouvertures consécutives peut être de l’ordre de 120°.
Chaque ouverture peut avoir une hauteur, mesurée dans la direction radiale, comprise entre 5 et 25 mm, mieux entre 10 et 20 mm, mieux entre 12 et 15 mm par exemple de l’ordre de 13 mm.
Chaque ouverture peut avoir une largeur, mesurée dans la direction circonférentielle, comprise entre 3 et 45 mm, mieux entre 5 et 40 mm, mieux entre 7 et 35 par exemple de l’ordre de 11 mm ou de 30 mm.
Le flasque peut comporter au moins deux ouvertures de forme sensiblement identiques.
Chaque ouverture peut être l’image d’une autre ouverture par une rotation d’angle comprise entre 30° et 180°.
Dans une variante de réalisation, le flasque peut comporter au moins deux ouvertures de formes différentes.
Les ouvertures peuvent avoir une forme oblongue, rectangulaire ou encore ovale.
Le flasque peut comporter au moins une ailette s’étendant sur toute la hauteur de l’ouverture dans la direction radiale, l’ailette divisant notamment l’ouverture en deux sous-ouvertures qui peuvent être sensiblement identiques.
L’ailette peut ainsi traverser de part en part une ouverture. Une telle disposition améliore le maintien mécanique du flasque.
Rainures radiales
La face intérieure du flasque peut comporter au moins une rainure radiale s’étendant radialement depuis la tranche en direction de l’alésage central du flasque.
De telles rainures radiales permettent au fluide de refroidissement de sortir du flasque et d’être orienté vers les têtes de bobines afin de les refroidir.
Au moins une rainure, mieux au moins la moitié des rainures, mieux toutes les rainures, peuvent être situées sensiblement à la même position circonférentielle que la ou les ouvertures, en particulier la même position circonférentielle que le centre des ouvertures. En variante au moins une rainure, mieux au moins la moitié des rainures, mieux toutes les rainures, peuvent être situées à des positions circonférentielles distinctes des ouvertures.
La présence d’une rainure radiale permet de faire circuler le fluide de refroidissement efficacement au-delà du rayon du flasque et améliore ainsi le refroidissement des têtes de bobines. Les rainures forcent l’écoulement dans des directions radiales en utilisant la centrifugation créée par la rotation du flasque.
Lors de la mise en rotation du flasque et de la machine, un vortex peut se créer. Par exemple, le fluide de refroidissement qui se trouve dans la rainure peut être aspiré par effet centrifuge et peut être projeté radialement sur les têtes de bobines pour les refroidir.
L’alimentation des rainures en fluide de refroidissement peut se faire par les ouvertures du flasque. En variante, l’alimentation des rainures en fluide de refroidissement peut se faire par des canaux axiaux ménagés dans la masse rotorique.
Le débit en fluide de refroidissement s’échappant des rainures et/ou les caractéristiques locales ou globales du refroidissement peuvent dépendre de la vitesse de rotation de la machine et des dimensions des rainures.
Les rainures disposées sur la face intérieure peuvent être contre le rotor, notamment contre la masse rotorique.
Au moins une rainure peut s’étendre selon un axe d’élongation L rectiligne. Toutes les rainures peuvent s’étendre selon un axe d’élongation L rectiligne. L’axe ou les axes d’élongation L peuvent être radiaux.
La longueur des rainures radiales peut être inférieure à la distance, mesurée radialement, entre la tranche et le diamètre extérieur de l’alésage central.
La section transversale de la rainure peut être constante sur au moins un tiers de la longueur, mieux sur au moins la moitié de la longueur, mieux sur au moins les deux tiers de la longueur, mieux sur toute sa longueur.
En variante, la section transversale de la rainure peut ne pas être constante.
Par exemple, la rainure peut s’évaser en direction de la tranche. Dans ce cas, plus on se rapproche de la tranche du flasque, plus la section transversale de la rainure s’agrandie. Une telle forme de rainure permet, par effet venturi, que la vitesse du fluide de refroidissement en sortie de rainure soit plus faible qu’en entrée. Une telle forme permet un refroidissement plus global et homogène.
En variante, la rainure peut converger en direction de la tranche. Dans ce cas, plus on se rapproche de la tranche du flasque, plus la section transversale de la rainure se rétrécie. Avec une telle forme de rainure, la vitesse du fluide de refroidissement en sortie est plus importante qu’en entrée. Cela permet de créer un refroidissement tournant localisé, en particulier proche des têtes de bobines.
La face extérieure peut comporter le même nombre de rainure que d’ouverture.
Au moins une rainure peut déboucher dans une ouverture.
Dans un mode de réalisation particulier, toutes les rainures peuvent déboucher dans une ouverture. Une ouverture peut être en communication fluidique avec une rainure uniquement. En variante, une ouverture peut être en communication fluidique avec plusieurs rainures.
La ou les rainures peuvent être orientées selon un axe de symétrie de l’ouverture dans laquelle elles débouchent.
La ou les rainures peuvent être distantes de la ou des ouvertures.
La ou les rainures peuvent ne pas être en communication fluidique avec les ouvertures du flasque qui les porte. Les rainures peuvent être en communication fluidique avec les ouvertures d’un flasque disposé à une autre extrémité du rotor.
Rotor
L’invention a également pour objet un rotor de machine électrique, comportant une masse rotorique et au moins un flasque tel que défini ci-dessus.
Dans un mode de réalisation, l’invention a pour objet un rotor comportant une masse rotorique et deux flasques tel que définis précédemment, chacun disposé à une extrémité de la masse rotorique.
L’invention a également pour objet, selon un autre de ses aspects, un rotor de machine électrique tournante autour d’un axe de rotation X, le rotor comportant une masse rotorique et au moins un flasque tel que défini ci-dessus, la masse rotorique comportant au moins un logement destiné à recevoir un aimant, le logement comportant au moins un évidement, au moins un évidement d’un des logements étant au moins partiellement superposé à au moins une ouverture du flasque lorsqu’on observe le rotor selon l’axe de rotation X de la machine.
En variante, les ouvertures peuvent être superposées à des évidements ménagés dans la masse rotorique et disposés ailleurs que dans les logements des aimants, par exemple des évidements dédiés spécifiquement à la circulation du fluide de refroidissement.
En section transversale, les ouvertures ont une étendue sensiblement égale à l’étendue du logement auquel elles sont partiellement superposées.
Le rotor peut comporter un premier et un deuxième flasque tel que décrit ci-dessus. Les deux flasques peuvent être décalés angulairement d’un angle β l’un par rapport à l’autre autour de l’axe de rotation.
L’angle β peut être égal à l’angle entre deux pôles de la machine électrique. L’angle β peut être compris entre 50 et 80 °, mieux entre 45 et 75 °, entre 40 et 70 °, par exemple de l’ordre de 60°.
Le rotor peut être configuré pour assurer une circulation croisée du fluide de refroidissement au sein de la masse rotorique.
En particulier, le fluide peut circuler dans les évidements de la masse rotorique qui sont décalés angulairement autour de l’axe de rotation, les évidements dans lesquels le fluide circule vers l’arrière alternant de préférence avec ceux dans lesquels le fluide circule vers l’avant, les évidements étant de préférence parallèles et associés à des pôles respectifs du rotor.
La machine peut comporter une alimentation en fluide de refroidissement des flasques, le fluide alimentant le premier flasque circulant depuis ce dernier à travers la masse rotorique par au moins un évidement vers le deuxième flasque, et le fluide alimentant le deuxième flasque circulant depuis ce dernier vers le premier flasque par au moins un évidement de la masse rotorique.
De préférence, les premier et deuxième flasques sont identiques et décalés angulairement de manière à alimenter des évidements différents, les évidements parcourus par le fluide circulant du premier flasque vers le deuxième flasque étant par exemple réalisés au sein des pôles impairs, et ceux parcourus par le fluide en sens inverse, étant par exemple situés au sein des pôles pairs.
La face intérieure du premier flasque et la face intérieure du deuxième flasque peuvent chacune comporter au moins une rainure s’étendant radialement depuis la tranche en direction de l’alésage central des flasques, au moins une rainure du premier flasque étant au moins partiellement superposée à au moins une ouverture du deuxième flasque lorsqu’on observe le rotor selon l’axe de rotation X de la machine.
Le fluide de refroidissement entre dans le rotor par les ouvertures du premier flasque et ressort par les rainures du deuxième flasque. On peut ainsi imposer une direction au flux de fluide de refroidissement.
Les rainures débouchent de préférence en regard de têtes de bobines du stator, afin de permettre au fluide projeté de les refroidir. Le fluide de refroidissement qui alimente le deuxième flasque rejoint le premier flasque en s’écoulant à travers les évidements puis est éjecté du premier flasque via une des rainures pour aller refroidir les têtes de bobines. De même, le fluide de refroidissement qui alimente le premier flasque rejoint le deuxième flasque en s’écoulant à travers les évidements puis est éjecté du deuxième flasque via une des rainures pour aller refroidir les têtes de bobines.
Le fluide de refroidissement peut être un gaz, par exemple de l'air.
Machine électrique
L’invention porte également sur une machine électrique comportant un stator et un rotor tel que défini plus haut.
Le stator peut comporter une masse statorique comportant des encoches ménagées entre des dents, chaque encoche recevant un ou plusieurs conducteurs de bobinage.
La machine peut être utilisée comme moteur ou comme générateur. La machine peut être à réluctance. 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. Le carter est par exemple refroidi à l’eau.
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.
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).
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’une résine isolante, afin de limiter les pertes par courants induits.
Procédé de fabrication
Procédé de fabrication d’un flasque tel que défini plus haut, le ou les flasques pouvant être réalisé par fonderie et/ou usinage.
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 perspective de la face extérieure d’un flasque conforme à l’invention,
la est une vue en perspective de la face intérieure du flasque de la ,
la est un schéma en coupe d’une machine électrique comportant deux flasques tels qu’illustrés aux figures 1a et 1b,
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 de face d’une tôle rotorique accolée à la face intérieur du flasque des figures 3a et 3b,
la est une vue schématique et partielle de profil d’un rotor comportant le flasque de la ,
la est une vue de face de la face extérieure d’un flasque selon un autre mode de réalisation de l’invention,
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 un schéma vu de profil d’une ailette d’un flasque selon l’invention,
la est une vue analogue à la d’une variante de réalisation, et
la est une vue analogue à la d’une variante de réalisation, et
la est une vue analogue à la d’une variante de réalisation.

Claims (15)

  1. Flasque (10) de rotor de machine électrique tournante autour d'un axe de rotation X, comportant une face intérieure (11) tournée vers une masse rotorique (4), une face extérieure (12) opposée à la face intérieure, une tranche (17) radialement extérieure s'étendant entre la face intérieure et la face extérieure et un alésage central (13), le flasque comportant :
    - une ou plusieurs ouvertures (14) traversantes entre la face intérieure et la face extérieure, et
    - au moins une ailette (15) s’étendant au moins partiellement dans l’ouverture.
  2. Flasque selon la revendication précédente, la ou les ailettes (15) étant formées d’un seul tenant avec le flasque (10).
  3. Flasque selon l’une des deux revendications précédentes, au moins une ailette (15) peut être de forme sensiblement plane, et s’étendant selon un plan directeur.
  4. Flasque selon la revendication précédente, le plan directeur de l’ailette (15) comprenant l’axe de rotation X de la machine.
  5. Flasque selon l’une quelconque des revendications précédentes, au moins une ailette (15) s’étendant selon un plan directeur perpendiculaire aux faces intérieure (11) et extérieure (12) du flasque (10) et/ou au moins une ailette (15) s’étendant selon un plan directeur incliné par rapport à l’axe de rotation X de la machine électrique.
  6. Flasque selon l’une quelconque des revendications précédentes, au moins une ailette (15) s’étendant selon un plan directeur incliné par rapport à un plan radial contenant l’axe de rotation de la machine.
  7. Flasque selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins deux ouvertures (14) uniformément réparties autour de l’alésage central (13).
  8. Flasque selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins deux ouvertures (14) de forme sensiblement identique.
  9. Flasque selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins une ailette (15) s’étendant sur toute la hauteur de l’ouverture (14) dans la direction radiale, l’ailette divisant notamment l’ouverture en deux sous-ouvertures (14a, 14b) qui peuvent être sensiblement identiques.
  10. Flasque selon l’une quelconque des revendications précédentes, la face intérieure (11) comportant au moins une rainure radiale (16) s’étendant radialement depuis la tranche (17) en direction de l’alésage central (13) du flasque (10).
  11. Flasque selon la revendication précédente, au moins une rainure (16) débouchant dans une ouverture (14).
  12. Flasque selon la revendication 10, la ou les rainures (16) étant distantes de la ou des ouvertures (14).
  13. Rotor de machine électrique tournante autour d’un axe de rotation X, le rotor comportant une masse rotorique (4) et au moins un flasque (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, la masse rotorique comportant au moins un logement (43) destiné à recevoir un aimant (44), le logement comportant au moins évidement (41), au moins un évidement d’un des logements étant au moins partiellement superposé à au moins une ouverture (14) du flasque lorsqu’on observe le rotor selon l’axe de rotation X de la machine électrique.
  14. Rotor selon la revendication précédente, le rotor comportant un premier et un deuxième flasque (10a, 10b) selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, les deux flasques étant décalés angulairement d’un angle β l’un par rapport à l’autre autour de l’axe X de rotation.
  15. Rotor selon la revendication précédente, la face intérieure (12) du premier flasque (10a) et la face intérieure (12) du deuxième flasque (10b) comportant chacune au moins une rainure (16) s’étendant radialement depuis la tranche (17) en direction de l’alésage central (13) des flasques, au moins une rainure du premier flasque étant au moins partiellement superposée à au moins une ouverture (14) du deuxième flasque lorsqu’on observe le rotor selon l’axe de rotation X de la machine électrique.
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