WO2020002828A1 - Roue polaire de rotor pour machine electrique tournante - Google Patents

Roue polaire de rotor pour machine electrique tournante Download PDF

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Publication number
WO2020002828A1
WO2020002828A1 PCT/FR2019/051566 FR2019051566W WO2020002828A1 WO 2020002828 A1 WO2020002828 A1 WO 2020002828A1 FR 2019051566 W FR2019051566 W FR 2019051566W WO 2020002828 A1 WO2020002828 A1 WO 2020002828A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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cavity
fan
plate
fixing
rotor
Prior art date
Application number
PCT/FR2019/051566
Other languages
English (en)
Inventor
Mohamed EL-GHAZAL
Henri DELIANNE
Jimmy CHAILLOU
Sylvain PERREAUT
David MARGUERITTE
Michel BOCQUEL
Eric JOZEFOWIEZ
Pierre Segard
Olivier Thueur
Marouane M'BARKI
Original Assignee
Valeo Equipements Electriques Moteur
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/02—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine
    • H02K9/04—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium
    • H02K9/06—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium with fans or impellers driven by the machine shaft
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/24—Rotor cores with salient poles ; Variable reluctance rotors
    • H02K1/243—Rotor cores with salient poles ; Variable reluctance rotors of the claw-pole type

Definitions

  • the invention relates in particular to a polar rotor wheel for a rotary electrical machine, in particular of a motor vehicle.
  • a reversible machine is a rotary electrical machine capable of working in a reversible manner, on the one hand, as an electric generator in alternator function and, on the other hand, as an electric motor for example for starting the heat engine of the motor vehicle .
  • a rotating electrical machine includes a rotor movable in rotation about an axis and a fixed stator surrounding the rotor.
  • alternator mode when the rotor is in rotation, it induces a magnetic field on the stator which transforms it into electric current in order to supply the electric consumers of the vehicle and to recharge the battery.
  • motor mode the stator is electrically supplied and induces a magnetic field driving the rotor in rotation.
  • the rotor has a shaft extending in a direction defining an axis of rotation of the rotor and two pole wheels mounted on the shaft.
  • Each pole wheel has a plate extending transversely to the shaft and a plurality of claws extending axially from the plate.
  • Each plate has a first axial end face and a second axial end face from which the claws extend.
  • the pole wheels are arranged so that their second axial end faces are opposite one another in an axial direction and so that each claw of one of the pole wheels extends in a space defined between two adjacent claws of the other pole wheel.
  • the rotor also includes two fans each mounted on the first axial end face of one of the pole wheels.
  • the fans are mounted respectively on the pole wheels by welding and in particular by resistance welding.
  • This method of fixing the fans to the rotor requires high electrical power and requires on the one hand to have dedicated electrical transformers and on the other hand to regularly change the electrodes which wear out quickly due to the strong electric currents.
  • the tests carried out at the end of assembly on some of the rotors of a production batch to guarantee the correct fixing of the fans in said batch are destructive. The rotors tested are therefore no longer usable.
  • any means of attachment cannot be used to attach a fan to a pole wheel. Indeed, the attachment must be strong enough to support the speed of rotation of the rotor and the centrifugal force generated by this rotation and to generate a flow of cooling air driven by the fan without disturbing the magnetic field generated in the wheels. polar.
  • the present invention aims to avoid the drawbacks of the prior art.
  • the subject of the present invention is a pole wheel for a rotor of a rotating electric machine, the pole wheel comprising a plate extending transversely with respect to an axis of rotation of the pole wheel; and a plurality of claws extending from the tray in a substantially axial direction.
  • the plate has at least one cavity intended to receive and cooperate with a fixing element for fixing a fan on the pole wheel.
  • the present invention also relates to a rotor of a rotating electric machine, the rotor comprising: a pole wheel comprising: a plate extending transversely with respect to an axis of rotation of the pole wheel and a plurality of claws s' extending from the plate in a substantially axial direction, a fan comprising a plate extending transversely with respect to the axis and at least one blade projecting from the plate.
  • the fan is mounted on the pole wheel by at least one fixing element cooperating with a cavity formed in the plate.
  • the present invention makes it possible to propose a means of fixing the fan to the pole wheel which is simple, inexpensive, does not require high electrical power, does not require destructive testing, allows good resistance to centrifugal force and does not disturb the magnetic flux of the rotor.
  • the cavity is located on a first axial end face of the plate opposite to a second axial end face of the plate from which extend the claws.
  • the pole wheel has several cavities. This improves the retention of the fan on the pole wheel and adapts it to different configurations of the pole wheel.
  • the pole wheel has as many cavities as claws.
  • the plate is divided into several delimited angular sectors, each by two straight lines passing respectively through the center of the plate and the two circumferential ends of the same claw or the two circumferential ends facing two adjacent claws, the sectors forming an alternation, in a circumferential direction, of angular sector with claw and of angular sector without claw.
  • the cavity is arranged in an angular sector devoid of claw. This makes it possible not to reduce the passage section of the magnetic flux towards the claw and thus to avoid saturation of the magnetic flux which can lead to a decrease in performance.
  • the cavities are located on the same circumference. This makes it easier to manufacture the pole wheel by simplifying the tool making the cavities. This also allows better balancing of the pole wheel.
  • the cavities are angularly spaced from one another at the same angle. This also improves the balancing of the pole wheel and simplifies its manufacture.
  • the cavity is located between an outer periphery and an inner periphery of the tray.
  • the inner periphery of the plate is defined by an opening intended to receive a rotor shaft.
  • the outer periphery of the plate is defined by the circumference of larger diameter of said plate, this circumference is here discontinuous.
  • the cavity is located closer to the outer periphery of the pole wheel than to the inner periphery. This makes it possible to enlarge the diameter of the cavity and thus to improve the mechanical strength of the fan on the pole wheel.
  • the cavity is located in the part of the pole wheel having the smallest thickness in an axial direction.
  • the cavity is located in a portion of the plate disposed radially between a portion of the plate being in contact with a core and a portion of the plate being in contact with one of the claws of the pole wheel.
  • the cavity has a cylindrical shape.
  • This shape allows a cavity to be produced in a simple manner.
  • the cavity can have any other type of shape such as a rectangular shape.
  • This rectangular shape may include, in addition to a holding function, an anti-rotation function of the fan on the pole wheel.
  • the same cavity can have different shapes such as a cylindrical shape in its bottom part and a rectangular shape in its inlet part.
  • the cavity has a depth in an axial direction of between 5% to 100% of the thickness of the plate taken at the level of said cavity and preferably between 30% and 60% of said thickness. When this depth is equal to 100% of the thickness of the plate, the cavity is through, that is to say that it extends over an entire axial thickness of the plate so as to lead to the two end faces. axial of said plate.
  • the cavity has a maximum diameter between 0.02 and 0.2 times the external diameter of the pole wheel and preferably between 0.03 and 0.08.
  • the cavity extends along an axis which is parallel to the axis of rotation of the pole wheel.
  • the cavity is formed by a bottom and a side wall.
  • the side wall has a first axial end defining an entrance opening of the cavity and a second axial end opposite to said first end which connects the side wall with the bottom.
  • the side wall of the cavity extends in a direction which forms an angle between 0 and 30 degrees with the axis of the cavity.
  • the cavity has a bottom diameter and an inlet diameter, the bottom diameter being smaller than the inlet diameter. This simplifies the manufacturing process of the cavity.
  • the bottom diameter can be greater than the inlet diameter.
  • the side wall extends linearly, that is to say that a section in an axial plane of the wall has a straight shape.
  • the section can have a concave or convex curve shape.
  • the polar wheel comprises a core extending axially from the second axial end face of the plate and centrally around the central opening, the core also having an opening allowing the passage of a rotor shaft .
  • the fixing element is force fitted or snapped into the cavity.
  • These fixing methods are simple to carry out and less expensive and in particular simpler than a fixing method by welding or by molding the fan on the pole wheel. In addition, these fixing methods are more reliable than screwing.
  • the fixing element is attached to the fan. This simplifies the manufacture of the fan by shifting part of the fixing function to have less constraint in particular on the shape of the fan which ensures the fixing of the fan on the pole wheel.
  • the fastener is a pin.
  • the fastener is made of a metallic material.
  • the fixing element extends from the fan plate, that is to say that the fan and the fixing element are in one piece.
  • the fan has a fixing portion projecting from the plate in the cavity and cooperating with the fixing element and the cavity to fix said fan. This allows the forces to be distributed to prevent only the fixing element participating in the maintenance of the fan.
  • the fixing portion is arranged between the fixing element and a wall of the cavity.
  • the fixing portion is arranged to deform under the action of the fixing element to pass from a position before fixing to a fixing position in which said portion cooperates with the cavity to hold the fan. This simplifies the assembly process by making it easier to insert the fixing portion into the cavity in the position before fixing while allowing good mechanical strength following the deformation of the fan on the pole wheel.
  • the cavity has a shoulder forming an axial stop against which a portion of the fixing element located in the cavity is supported to maintain the fan on the pole wheel.
  • the cavity has a shoulder forming an axial abutment against which the fan fixing portion is pressed to hold the fan on the pole wheel.
  • the shoulder extends transversely, relative to the axis of the cavity, from the side wall.
  • the shoulder extends over the entire circumference of the side wall or alternatively over only a portion of said circumference.
  • the side wall may have several shoulders.
  • the shoulder defines an opening whose diameter is less than the largest diameter of the side wall.
  • the shoulder extends over a height, in an axial direction, of at least 30% of the depth of the cavity.
  • the shoulder extends over a length, in a radial direction relative to the axis of the cavity, of between 10% and 30% of the maximum diameter of the cavity, the maximum diameter being comprised axially between the bottom and shoulder of the cavity.
  • the length of the shoulder should not be too small to ensure good support for the fan and should not be too large so as not to overstress the fastener when it is inserted into the cavity.
  • the shoulder extends away from the first axial end face of the plate. This allows the fixing forces to be distributed.
  • the radial fixing forces are supported by the upper part of the cavity, that is to say the part extending between the shoulder and the inlet opening of the cavity, and the fixing forces.
  • axial are supported by the lower part of the cavity, that is to say the part extending between the shoulder and the bottom of the cavity.
  • the shoulder extends from the first axial end face of the plate.
  • the fan fixing portion comprises a fixing groove cooperating with the shoulder to fix the fan on the pole wheel.
  • the shape of the fixing groove is complementary to the shape of the shoulder.
  • the fan plate has an opening arranged opposite the associated cavity to allow the insertion of the fixing element.
  • the fan has a through groove in an axial direction and extending from the opening. This groove facilitates the passage of the varnish and also reduces the mechanical stresses acting on the fan, in particular during the insertion of the fixing element through the opening.
  • the fan plate includes a notch extending in an axial direction and surrounding the opening to partially accommodate the fastener. This is to prevent the fastening element from protruding axially from the fan plate and thus to reduce ventilation noise.
  • the fan has a projection extending into the cavity.
  • the projection extends into the upper part of the cavity when the latter has a shoulder. This makes it possible to block the fan in rotation relative to the cavity.
  • the present invention also relates to a rotary electrical machine comprising a rotor as defined above.
  • the rotating electric machine can advantageously form an alternator, an alternator-starter, a reversible machine or an electric motor.
  • FIG. 1 represents, schematically and partially, a sectional view, in a plane not including a cavity, of a rotary electric machine according to a first example of implementation of the invention
  • FIG. 2 schematically represents a perspective view of a pole wheel of FIG. 1,
  • FIG. 3 schematically represents a sectional view of the pole wheel of FIG. 2,
  • FIG. 6 represents a zoom of the cavity of FIG. 3,
  • FIG. 5 schematically represents a sectional view of a second example of a polar wheel
  • FIG. 6 schematically represents a sectional view of a third example of a polar wheel
  • FIGS. 7a and 7b represent zooms of the cavity in FIG. 6 according to two alternative embodiments
  • FIG. 8 schematically represents a sectional view of the pole wheel of FIG. 2 on which a fan is fixed
  • Figures 9a and 9b show zooms of the fixing of Figure 8 according to two alternative embodiments.
  • FIGS. 10a and 10b schematically represent a sectional view of the pole wheel of FIG. 2 on which a fan is fixed according to another embodiment
  • FIG. 1 schematically shows a top view of an example of a fan
  • Figure 12 shows a zoom of part of Figure 1 1.
  • FIG. 1 shows an example of a compact and multi-phase rotary electrical machine 10, in particular for a motor vehicle.
  • This machine 10 transforms mechanical energy into electrical energy, in alternator mode, and can operate in motor mode to transform electrical energy into mechanical energy.
  • This rotary electric machine 10 is, for example, an alternator, an alternator-starter, a reversible machine or an electric motor.
  • the machine 10 comprises a casing 11 and, inside thereof, a shaft 13, a rotor 12 integral in rotation with the shaft 13 and a stator 15 surrounding the rotor 12.
  • the rotational movement of the rotor 12 takes place around an axis X corresponding to the axis of extension of the shaft.
  • the axial, radial, exterior and interior designations refer to the X axis passing through the shaft 13 at its center.
  • the exterior or interior designations are assessed relative to the same axis X, the internal designation corresponding to an element oriented towards the axis, or closer to the axis with respect to a second element, the external designation designating a distance from the axis.
  • the housing 1 1 includes a front flange 16 and a rear flange 17 which are assembled together. These flanges 16, 17 are hollow in shape and each carry a bearing centrally coupled to a respective ball bearing 18, 19 for the rotational mounting of the shaft 13.
  • the housing 1 1 includes fixing means 14 for mounting the rotary electric machine 10 in the vehicle.
  • a pulley 20 is fixed on a front end of the shaft 13, at the front flange 16.
  • the front / rear designations refer to the pulley 20.
  • a front face is a face oriented in direction of the pulley while a rear face is a face facing the opposite direction of the pulley
  • the rear end of the shaft 13 carries, here, slip rings 21 belonging to a collector 22.
  • Brushes 23 belonging to a brush holder 24 are arranged so as to rub on the slip rings 21.
  • the brush holder 24 is connected to a voltage regulator (not shown).
  • the stator 15 comprises a body 27 in the form of a pack of sheets provided with notches and an electric coil 28 which passes through the notches of the body 27 and form a front bun 29 and a rear bun 30 on the one hand. on the other side of the stator body.
  • the winding 28 is formed of one or more phases electrically connected to an electronic assembly 36 forming a voltage rectifier bridge.
  • the rotor 12 is a claw rotor. It comprises two pole wheels 31, each being formed by a plate 32 and a plurality of claws 33 extending from the plate and forming magnetic poles.
  • the plate 32 is of transverse orientation and has, for example, a substantially annular shape.
  • the plate 32 has a first axial end face 37 and a second axial end face 38 opposite to said first face, the claws extending from the second face 38.
  • This rotor 12 further comprises a cylindrical core 34 which is axially interposed between the pole wheels 31.
  • this core 34 is formed by two half cores each belonging to one of the pole wheels.
  • the rotor 12 comprises, between the core 34 and the claws 33, a coil 35 comprising, here, a winding hub and an electric winding on this hub.
  • the slip rings 21 belonging to the collector 22 are connected by wire connections to said coil 35.
  • the rotor 12 can also include magnetic elements interposed between two adjacent claws 33.
  • the flanges 16, 17 may have openings for the passage of a flow of cooling air from the rotary electrical machine.
  • the air flow is generated by the rotation of a front fan 25 fixed on the front axial face of the rotor 12 and a rear fan 26 fixed on the rear axial face of the rotor.
  • the plate 32 has cavities 39 extending from the first axial end face 37 to allow the fixing of the fan on the pole wheel.
  • the pole wheel 31 comprises in particular between two and eight cavities. In the example illustrated here, the pole wheel has as many cavities as there are claws 33.
  • the cavities 39 are located on the same circumference of the plate 32, that is to say that a circle traced on the first axial end face 37 and having as its center the axis X crosses at least one portion of each cavity.
  • the respective distances between the axis X and the centers of the cavities 39 are equal for the same pole wheel 31.
  • the cavities 39 are angularly spaced from one another at the same angle. A symmetrical polar wheel is then obtained.
  • the cavities 39 are located closer to the outer periphery A of the pole wheel 31, defined by the circumference of larger diameter of the plate 32, than to the inner periphery B, defined by the opening traversed by the tree 13.
  • the plate 32 is divided into several angular sectors each delimited by two straight lines and forming an alternation of angular sectors with claw Z1 and of angular sectors devoid of claw Z2.
  • An angular sector with claw Z1 is delimited by a first straight line passing through the center C of the plate and by one of the two circumferential ends of a claw and by a second straight line passing through the center C and by the other circumferential end of the same claw.
  • An angular sector without claw Z2 is delimited by a first straight line passing through the center C and by a circumferential end of a claw and by a second straight line passing through the center C and through the circumferential end of the adjacent claw, the two circumferential ends being opposite one another.
  • the cavities are preferably arranged in the angular sectors devoid of claw Z2 in order to disturb as little as possible the magnetic field passing through the plate.
  • the rear pole wheel may comprise cavities 39 arranged astride two angular sectors or in angular sectors with claw Z1 to allow the passage of the supply wires from the coil 35 to the collector 22.
  • the cavities 39 are arranged in the part of the plate 32 which is neither in contact with the core 34 nor with one of the claws 33, that is to say in the part of the pole wheel having the smallest axial thickness.
  • Each cavity 39 extends along an axis Y which is parallel to the axis X of rotation of the pole wheel 31 and has a cylindrical or conical shape.
  • Each cavity 39 has a depth P1 in an axial direction between 5% to 100% of the thickness E1 of the plate 32 taken at the level of said cavity and preferably between 30% and 60%.
  • the cavity has a depth P1 of between 3 and 20 mm.
  • Each cavity 39 has a maximum diameter between 0.02 and 0.2, and in particular between 0.03 and 0.08, times the external diameter of the pole wheel.
  • a cavity 39 is formed by a bottom 40 and a side wall 41 having a first axial end defining an inlet opening 42 of the cavity and a second axial end opposite to said first end which connects the side wall with the bottom.
  • Leave radii can be provided between for the side wall 41 and the bottom 40 and between the side wall and the first axial end face 37 of the plate.
  • the side wall 41 extends linearly, that is to say that a section in an axial plane of the wall has a straight shape.
  • the side wall 41 extends in a direction which forms an angle between 0 and 30 degrees with the axis Y of the cavity.
  • the cavity 39 has an inlet diameter taken at the inlet opening 42 and a bottom diameter taken at the bottom 40, the bottom diameter being smaller than the inlet diameter.
  • the cavities 39 pass through so as to lead both to the first axial end face 37 and to the second axial end face 38 of the plate 32.
  • Figures 7a and 7b illustrate an example of a second embodiment in which the cavities 39 have a shoulder 43 extending from the side wall 41 to form a stop.
  • the shoulder 43 extends substantially transversely, relative to the axis Y of the cavity 39, over the entire circumference of the side wall.
  • the shoulder defines an opening 44 whose diameter is less than the largest diameter of the side wall 41.
  • the shoulder 43 extends over a height H1, in an axial direction relative to the axis Y, of at least 30% of the depth P1 of the cavity 39. Still for example, the shoulder 43 extends over a length L1, in a radial direction relative to the axis Y, between 10% and 30% of the maximum diameter of the cavity taken axially between the bottom 40 and the shoulder 43.
  • the shoulder 43 extends from the first axial end face 37 of the plate 32.
  • the opening 44 formed by the shoulder then corresponds to the entry opening 42 of the cavity 39.
  • the shoulder 43 extends at a distance from the first axial end face 37 of the plate 32. In other words, there is a non-zero axial distance between the first connecting portion 37 and the shoulder 43.
  • the opening 44 formed by the shoulder is then distinct from the inlet opening 42 of the cavity 39.
  • an axial height H2 between the shoulder 43, in particular the apex 57 of said shoulder, and the first axial end face 37 of the plate is at least 15% of the depth P1 of the cavity.
  • the apex 57 of the shoulder is the point from which the shoulder has the smallest diameter D3.
  • the axial height H2 is at least 2 mm and the depth P1 of the cavity is 6 mm.
  • the cavity 39 has an upper part 45 located axially between the first axial end face 37 and the shoulder 43 and a lower part 46 located axially between the shoulder 43 and the bottom 40 of the cavity.
  • the parts 45, 46 are independent of each other and may have characteristics such as a shape, dimensions or an angle of inclination relative to the axis Y of the cavity, different.
  • a maximum diameter of the upper part 45 is greater than a maximum diameter of the lower part 46.
  • the upper part 45 may have a shape different from the lower part 46.
  • the lower part 46 may have a cylindrical shape and the upper part 45 may have a rectangular shape. This rectangular shape allows the fan to block in rotation relative to the pole wheel.
  • the shoulder has a first portion 47 and a second portion 48, said portions being separated from each other by the apex 57 of the shoulder defining the opening 44.
  • the first portion 47 extends opposite the upper part 45 and the second portion 48 extends opposite the lower part 46.
  • the first portion 47 extends substantially radially relative to the axis Y and the second portion 48 forms a curvature.
  • the cavity 39 can be obtained by a forging process, in particular by hot stamping, or by machining.
  • FIGs 8, 9a and 9b illustrate the attachment of a fan 25, 26 to a pole wheel 31.
  • the fan 25, 26 comprises a plate 49 extending transversely and at least one blade 50 extending projecting from the plaque.
  • the fan is mounted on the pole wheel 31 associated by at least one fixing element 51 cooperating with an associated cavity 39.
  • the plate 49 is in contact with the first axial end face 37 of the associated pole wheel 31.
  • the plate 49 has an opening 54 arranged opposite the associated cavity 39 to allow the passage of the fixing element 51.
  • the opening 54 of the fan is slightly larger than the inlet opening 42 of the cavity so as not to deform the fan during the insertion of the fixing element 51.
  • the fixing element 51 may have a head 52 in contact with the plate 49 of the fan and a body 53 extending projecting from the head 52. The body 53 is disposed through the opening 54 of the fan and cooperates with the cavity 39 to hold the fan on the pole wheel.
  • FIG. 8 represents a pole wheel according to the first embodiment of FIGS. 3 and 4.
  • the fixing element 51 is force fitted into the cavity 39.
  • the fixing element 51 could be screwed into the cavity 39.
  • the side wall 41 of the cavity could then include a complementary tapping of a threaded part formed on the body 53 of the fixing element 51.
  • Figure 9a shows a pole wheel according to the second embodiment of Figure 7a.
  • the fixing element 51 is snapped into the cavity 39.
  • the shoulder 43 forms an axial abutment against which the fixing element 51 comes to bear to hold the fan.
  • the plate 49 comprises a notch 55 surrounding the opening 54 to accommodate the head 52 of the fixing element. This notch is also applicable to the first embodiment illustrated in FIG. 8.
  • Figure 9b shows a pole wheel according to the second embodiment of Figure 7b.
  • the fixing element 51 is snapped into the cavity 39.
  • the plate 49 of the fan 25, 26 has a projection 56 extending in the upper part 45 of the cavity 39 making it possible to block the fan 25, 26 in rotation relative to the pole wheel 31 This projection is also applicable to the first embodiment illustrated in FIG. 8.
  • the embodiment of the pole wheel in FIG. 5 is compatible with one or other of the fixing methods described above.
  • the fan 25, 26 comprises a fixing portion 58 projecting from the plate 49 in a direction axial opposite to the direction of extension of the fan blades 50.
  • the fixing portion 58 extends axially in the cavity 39.
  • the fixing portion 58 has a substantially cylindrical shape and the opening 54 extends into the fixing portion to allow the insertion of the fixing element 51 through said portion.
  • the fixing portion surrounds the fixing element 51.
  • the fixing portion 58 may include a fixing groove 59 whose shape is complementary to the shape of the shoulder 43 to cooperate with said shoulder in order to keep the fan in the pole wheel 31 under the action of the fixing element 51, this action of the fastening element being effected by mechanical stress of the fastening portion 58 in a transverse direction towards the outside, that is to say towards the wall 41 of the cavity.
  • the fixing portion 58 has a first position before fixing, illustrated in FIG. 10a in which the fixing element 51 is not inserted into the opening 54 or is inserted only over a small portion which does not allow the deformation of said fixing portion. In this position, the fixing portion 58 extends in an axial direction and does not cooperate with the cavity 39.
  • the fixing portion 58 has a second fixing position, illustrated in FIG. 10b, in which the fixing element 51 is inserted through the opening 54 exerting mechanical stress on said fixing portion to ensure mechanical cooperation between the fixing portion 58 and the cavity 39 and in particular between the fixing groove 59 and the shoulder 43 to allow the fixing of the fan on the pole wheel.
  • the fixing portion 58 therefore passes from a position before fixing to a fixing position by deformation under the stress of the fixing element 51. In this position, the fixing portion extends in a direction inclined with respect to a axial direction.
  • the opening 54 is extended by two grooves 60 extending transversely in the plate 49 and forming a through opening.
  • the two grooves 60 extend for example diametrically opposite one with respect to the other around the opening 54.
  • an adhesive such as resin or a varnish can be placed in the cavity 39 so improve the retention of said fan on the pole wheel, said groove 60 facilitating this insertion.
  • the fixing element 51 is an element relative to the fan 25, 26.
  • the fixing element 51 is for example a pin, nail, rivet, screw or even a clip cooperating with the shoulder 43.
  • the fastening element 51 extends from the plate 49 of the fan 25, 26.
  • the fan and the fixing element are monoblocks.
  • the fan 25, 26 is formed from a plastic material.
  • the fan 25, 26 is formed from a metallic material such as steel or aluminum or copper or brass or else from a composite material.
  • the fastening element 51 is made of metallic or plastic material.
  • said element can be made from one piece with the fan or molded onto the fan.
  • the present invention finds applications in particular in the field of rotors for alternator or reversible machine but it could also be applied to any type of rotary machine.
  • a pole wheel can have identical cavities with each other in order to simplify the manufacture of the pole wheel as well as its balancing.
  • the pole wheels of a rotor may have identical cavities as well as an identical distribution of said cavities. It will however be understood that each cavity, of the same polar wheel or of a different polar wheel of the same rotor, can have its own shape, its own dimensions and its own location as long as the associated fixing element is adapted accordingly for keep the fan on the pole wheel.

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Abstract

La présente invention propose une roue polaire (31) pour rotor de machine électrique tournante, comportant un plateau (32) s'étendant transversalement par rapport à un axe (X) de rotation de la roue polaire et une pluralité de griffes (33) s'étendant à partir du plateau dans une direction sensiblement axiale. Le plateau (32) présente au moins une cavité (39) destinée à recevoir et coopérer avec un élément de fixation (51) pour fixer un ventilateur (25, 26) sur la roue polaire (31).

Description

ROUE POLAIRE DE ROTOR POUR MACHINE ELECTRIQUE
TOURNANTE
L’invention concerne notamment une roue polaire de rotor pour une machine électrique tournante notamment de véhicule automobile.
L’invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des machines électriques tournantes telles que les alternateurs, les alterno-démarreurs ou encore les machines réversibles ou les moteurs électriques. On rappelle qu’une machine réversible est une machine électrique tournante apte à travailler de manière réversible, d’une part, comme générateur électrique en fonction alternateur et, d’autre part, comme moteur électrique par exemple pour démarrer le moteur thermique du véhicule automobile.
Une machine électrique tournante comprend un rotor mobile en rotation autour d’un axe et un stator fixe entourant le rotor. En mode alternateur, lorsque le rotor est en rotation, il induit un champ magnétique au stator qui le transforme en courant électrique afin d’alimenter les consommateurs électriques du véhicule et de recharger la batterie. En mode moteur, le stator est alimenté électriquement et induit un champ magnétique entraînant le rotor en rotation.
Le rotor comporte un arbre s’étendant dans une direction définissant un axe de rotation du rotor et deux roues polaires montées sur l’arbre. Chaque roue polaire comporte un plateau s’étendant transversalement par rapport à l’arbre et une pluralité de griffes s’étendant axialement à partir du plateau. Chaque plateau présente une première face d’extrémité axiale et une deuxième face d’extrémité axiale à partir de laquelle s’étendent les griffes. Les roues polaires sont disposées de manière à ce que leurs deuxièmes faces d’extrémité axiale soient en regard l’une de l’autre dans une direction axiale et de manière à ce que chaque griffe d’une des roues polaires s’étende dans un espace défini entre deux griffes adjacentes de l’autre roue polaire.
Le rotor comporte également deux ventilateurs montés chacun sur la première face d’extrémité axiale d’une des roues polaires. Les ventilateurs sont montés respectivement sur les roues polaires par soudage et notamment par soudage par résistance. Ce mode de fixation des ventilateurs sur le rotor nécessite une forte puissance électrique et impose d’une part d’avoir des transformateurs électriques dédiés et d’autre part de changer régulièrement les électrodes qui s’usent rapidement en raison des forts courants électriques. De plus, les tests réalisés en fin d’assemblage sur certain des rotors d’un lot de production pour garantir la bonne fixation des ventilateurs dans ledit lot sont destructifs. Les rotors testés ne sont donc plus utilisables. Ces contraintes entraînent que ce moyen de fixation par soudage des ventilateurs sur les roues polaires est très cher.
Cependant, n’importe quel moyen de fixation ne peut pas être utilisé pour fixer un ventilateur sur une roue polaire. En effet, la fixation doit être assez solide pour supporter la vitesse de rotation du rotor et la force centrifuge engendrée par cette rotation et pour engendrer un flux d’air de refroidissement entraîné par le ventilateur sans pour autant perturber le champ magnétique généré dans les roues polaires.
La présente invention vise à permettre d’éviter les inconvénients de l’art antérieur.
A cet effet, la présente invention a pour objet une roue polaire pour rotor de machine électrique tournante, la roue polaire comportant un plateau s’étendant transversalement par rapport à un axe de rotation de la roue polaire ; et une pluralité de griffes s’étendant à partir du plateau dans une direction sensiblement axiale. Selon la présente invention, le plateau présente au moins une cavité destinée à recevoir et coopérer avec un élément de fixation pour fixer un ventilateur sur la roue polaire.
De plus, la présente invention a également pour objet un rotor de machine électrique tournante, le rotor comportant : une roue polaire comportant : un plateau s’étendant transversalement par rapport à un axe de rotation de la roue polaire et une pluralité de griffes s’étendant à partir du plateau dans une direction sensiblement axiale, un ventilateur comportant une plaque s’étendant transversalement par rapport à l’axe et au moins une pale s’étendant en saillie à partir de la plaque. Selon l’invention, le ventilateur est monté sur la roue polaire par au moins un élément de fixation coopérant avec une cavité formée dans le plateau.
La présente invention permet de proposer un moyen de fixation du ventilateur sur la roue polaire qui soit simple, peu cher, ne demande pas une forte puissance électrique, ne nécessite pas de test destructif, permet une bonne tenue à la force centrifuge et ne perturbe pas le flux magnétique du rotor.
Selon une réalisation, la cavité se situe sur une première face d’extrémité axiale du plateau opposée à une deuxième face d’extrémité axiale du plateau à partir de laquelle s’étendent les griffes.
Selon une réalisation, la roue polaire comporte plusieurs cavités. Cela permet d’améliorer le maintien du ventilateur sur la roue polaire et de l’adapter aux différentes configurations de roue polaire. Par exemple, la roue polaire comporte autant de cavités que de griffes.
Selon une réalisation, le plateau est divisé en plusieurs secteurs angulaires délimités, chacun, par deux droites passant respectivement par le centre du plateau et les deux extrémités circonférentielles d’une même griffe ou les deux extrémités circonférentielles en regard de deux griffes adjacentes, les secteurs formant une alternance, dans une direction circonférentielle, de secteur angulaire à griffe et de secteur angulaire dépourvue de griffe. Dans cette réalisation, la cavité est disposée dans un secteur angulaire dépourvue de griffe. Cela permet de ne pas réduire la section de passage du flux magnétique vers la griffe et ainsi d’éviter une saturation du flux magnétique pouvant entraîner une diminution des performances.
Selon une réalisation, les cavités sont situées sur une même circonférence. Cela permet de faciliter le procédé de fabrication de la roue polaire en simplifiant l’outil réalisant les cavités. Cela permet également un meilleur équilibrage de la roue polaire.
Selon une réalisation, les cavités sont espacés angulairement les unes des autres suivant un même angle. Cela permet également d’améliorer l’équilibrage de la roue polaire et de simplifier sa fabrication. La cavité est située entre une périphérie extérieure et une périphérie intérieure du plateau. La périphérie intérieure du plateau est définie par une ouverture destinée à recevoir un arbre de rotor. La périphérie extérieure du plateau est définie par la circonférence de plus grand diamètre dudit plateau, cette circonférence est ici discontinue. Par exemple, la cavité est située de manière plus proche de la périphérie extérieure de la roue polaire que de la périphérie intérieure. Cela permet d’agrandir le diamètre de la cavité et ainsi d’améliorer la tenue mécanique du ventilateur sur la roue polaire.
Selon une réalisation, la cavité est située dans la partie de la roue polaire présentant la plus faible épaisseur dans une direction axiale. Autrement dit, la cavité est située dans une portion du plateau disposée radialement entre une portion du plateau étant en contact avec un noyau et une portion du plateau étant en contact avec une des griffes de la roue polaire. Cela permet de simplifier le procédé de fabrication de la roue polaire en facilitant la réalisation d’un contre appui sur une surface opposée axialement à la surface comprenant la cavité lorsque cette dernière est réalisée par forgeage.
Selon une réalisation, la cavité présente une forme cylindrique. Cette forme permet de réaliser une cavité de manière simple. Alternativement, la cavité peut présenter tout autre type de forme telle qu’une forme rectangulaire. Cette forme rectangulaire peut comporter en plus d’une fonction de maintien, une fonction d’anti-rotation du ventilateur sur la roue polaire. Par exemple, une même cavité peut présenter différentes formes telle qu’une forme cylindrique dans sa partie de fond et une forme rectangulaire dans sa partie d’entrée.
Selon une réalisation, la cavité présente une profondeur dans une direction axiale comprise entre 5% à 100% de l’épaisseur du plateau prise au niveau de ladite cavité et de préférence comprise entre 30% et 60% de ladite épaisseur. Lorsque cette profondeur est égale à 100% de l’épaisseur du plateau, la cavité est traversante c’est-à-dire qu’elle s’étend sur toute une épaisseur axiale du plateau de manière à déboucher sur les deux faces d’extrémité axiale dudit plateau. Selon une réalisation, la cavité présente un diamètre maximal compris entre 0,02 et 0,2 fois le diamètre externe de la roue polaire et de préférence entre 0,03 et 0,08.
Selon une réalisation, la cavité s’étend suivant un axe qui est parallèle à l’axe de rotation de la roue polaire.
Selon une réalisation, la cavité est formée d’un fond et d’une paroi latérale. La paroi latérale comporte une première extrémité axiale définissant une ouverture d’entrée de la cavité et une deuxième extrémité axiale opposée à ladite première extrémité qui relie la paroi latérale avec le fond.
Selon une réalisation, la paroi latérale de la cavité s’étend suivant une direction qui forme un angle compris entre 0 et 30 degrés avec l’axe de la cavité. Par exemple, la cavité présente un diamètre de fond et un diamètre d’entrée, le diamètre de fond étant plus petit que le diamètre d’entrée. Cela permet de simplifier le procédé de fabrication de la cavité. Alternativement, le diamètre de fond peut être supérieur au diamètre d’entrée.
Selon une réalisation, la paroi latérale s’étend linéairement, c’est-à- dire qu’une section dans un plan axial de la paroi présente une forme de droite. Alternativement la section peut présenter une forme de courbe concave ou convexe.
Selon une réalisation, la roue polaire comporte un noyau s’étendant axialement à partir de la deuxième face d’extrémité axiale du plateau et centralement autour de l’ouverture centrale, le noyau présentant également une ouverture permettant le passage d’un arbre du rotor.
Selon une réalisation, l’élément de fixation est emmanché en force ou encliqueté dans la cavité. Ces modes de fixations sont simples à réaliser et moins cher et notamment plus simple qu’un mode de fixation par soudure ou par moulage du ventilateur sur la roue polaire. En outre, ces modes de fixation sont plus fiables que du vissage.
Selon une réalisation, l’élément de fixation est rapporté au ventilateur. Cela permet de simplifier la fabrication du ventilateur en déportant une partie de la fonction de fixation pour avoir moins de contrainte en particulier sur la forme du ventilateur qui permet d’assurer la fixation du ventilateur sur la roue polaire.
Par exemple, l’élément de fixation est une goupille. Toujours par exemple, l’élément de fixation est formé d’un matériau métallique.
Selon une deuxième réalisation, l’élément de fixation s’étend à partir de la plaque du ventilateur, c’est-à-dire que le ventilateur et l’élément de fixation sont monoblocs.
Selon une réalisation, le ventilateur comporte une portion de fixation s’étendant en saillie à partir de la plaque dans la cavité et coopérant avec l’élément de fixation et la cavité pour fixer ledit ventilateur. Cela permet de répartir les efforts pour éviter que seul l’élément de fixation participe au maintien du ventilateur.
Selon une réalisation, la portion de fixation est agencée entre l’élément de fixation et une paroi de la cavité.
Selon une réalisation, la portion de fixation est agencée pour se déformer sous l’action de l’élément de fixation pour passer d’une position avant fixation à une position de fixation dans laquelle ladite portion coopère avec la cavité pour maintenir le ventilateur. Cela permet de simplifier le procédé d’assemblage en permettant de faciliter l’insertion de la portion de fixation dans la cavité dans la position avant fixation tout en permettant une bonne tenue mécanique à la suite de la déformation du ventilateur sur la roue polaire.
Selon une réalisation, la cavité présente un épaulement formant une butée axiale contre laquelle une portion de l’élément de fixation situé dans la cavité est en appuie pour maintenir le ventilateur sur la roue polaire.
Selon une réalisation alternative, la cavité présente un épaulement formant une butée axiale contre laquelle la portion de fixation du ventilateur est en appuie pour maintenir le ventilateur sur la roue polaire.
Selon une réalisation, l’épaulement s’étend transversalement, par rapport à l’axe de la cavité, à partir de la paroi latérale.
Selon une réalisation, l’épaulement s’étend sur toute la circonférence de la paroi latérale ou alternativement sur une portion seulement de ladite circonférence. Selon la dernière alternative, la paroi latérale peut comporter plusieurs épaulements.
Selon une réalisation, l’épaulement définit une ouverture dont le diamètre est inférieur au plus grand diamètre de la paroi latérale.
Selon une réalisation, l’épaulement s’étend sur une hauteur, dans une direction axiale, d’au moins 30% de la profondeur de la cavité.
Selon une réalisation, l’épaulement s’étend sur une longueur, dans une direction radiale par rapport à l’axe de la cavité, comprise entre 10% et 30% du diamètre maximal de la cavité, le diamètre maximal étant compris axialement entre le fond et l’épaulement de la cavité. La longueur de l’épaulement ne doit pas être trop petite pour assurer un bon maintien du ventilateur et ne doit pas être trop grande pour ne pas trop contraindre l’élément de fixation lors de son insertion dans la cavité.
Selon une réalisation, l’épaulement s’étend à distance de la première face d’extrémité axiale du plateau. Cela permet de répartir les efforts de fixation. En particulier, les efforts de fixation radiaux sont supportés par la partie haute de la cavité, c’est-à-dire la partie s’étendant entre l’épaulement et l’ouverture d’entrée de la cavité, et les efforts de fixation axiaux sont supportés par la partie basse de la cavité, c’est-à-dire la partie s’étendant entre l’épaulement et le fond de la cavité.
Alternativement, l’épaulement s’étend à partir de la première face d’extrémité axiale du plateau.
Selon une réalisation, la portion de fixation du ventilateur comporte une rainure de fixation coopérant avec l’épaulement pour fixer le ventilateur sur la roue polaire.
Selon une réalisation, la forme de la rainure de fixation est complémentaire de la forme de l’épaulement.
Selon une réalisation, la plaque du ventilateur présente une ouverture disposée en regard de la cavité associée pour permettre l’insertion de l’élément de fixation.
Selon une réalisation, le ventilateur comporte une rainure traversante dans une direction axiale et s’étendant à partir de l’ouverture. Cette rainure permet de faciliter le passage du vernis et également de diminuer les contraintes mécaniques agissant sur le ventilateur notamment lors de l’insertion de l’élément de fixation à travers l’ouverture.
Selon une réalisation, la plaque du ventilateur comprend une encoche s’étendant dans une direction axiale et entourant l’ouverture pour loger en partie l’élément de fixation. Cela permet d’éviter que l’élément de fixation dépasse axialement par rapport à la plaque du ventilateur et ainsi de diminuer le bruit aéraulique.
Selon une réalisation, le ventilateur comporte une saillie s’étendant dans la cavité. En particulier, la saillie s’étend dans la partie supérieure de la cavité lorsque celle-ci présente un épaulement. Cela permet de bloquer en rotation le ventilateur par rapport à la cavité.
La présente invention a également pour objet une machine électrique tournante comprenant un rotor tel que précédemment défini. La machine électrique tournante peut, avantageusement, former un alternateur, un alterno-démarreur, une machine réversible ou un moteur électrique.
La présente invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de mise en oeuvre non limitatifs de l’invention et de l’examen des dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 représente, schématiquement et partiellement, une vue en coupe, dans un plan ne comprenant pas de cavité, d’une machine électrique tournante selon un premier exemple de mise en oeuvre de l’invention,
- la figure 2 représente schématiquement une vue en perspective d’une roue polaire de la figure 1 ,
- la figure 3 représente schématiquement une vue en coupe de la roue polaire de la figure 2,
- la figure 6 représente un zoom de la cavité de la figure 3,
- la figure 5 représente schématiquement une vue en coupe d’un deuxième exemple de roue polaire,
- la figure 6 représente schématiquement une vue en coupe d’un troisième exemple de roue polaire,
- les figures 7a et 7b représentent des zooms de la cavité de la figure 6 selon deux variantes de réalisation, - la figure 8 représente schématiquement une vue en coupe de la roue polaire de la figure 2 sur laquelle est fixé un ventilateur,
- les figures 9a et 9b représentent des zooms de la fixation de la figure 8 selon deux variantes de réalisation.
- les figures 10a et 10b représentent schématiquement une vue en coupe de la roue polaire de la figure 2 sur laquelle est fixé un ventilateur selon un autre mode de réalisation,
- la figure 1 1 représente schématique une vue de dessus d’un exemple de ventilateur,
- la figure 12 représente un zoom d’une partie de la figure 1 1.
Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent les mêmes références d’une figure à l’autre. On notera également que les différentes figures ne sont pas nécessairement à la même échelle.
La figure 1 représente un exemple de machine électrique tournante 10 compacte et polyphasée, notamment pour véhicule automobile. Cette machine 10 transforme de l’énergie mécanique en énergie électrique, en mode alternateur, et peut fonctionner en mode moteur pour transformer de l’énergie électrique en énergie mécanique. Cette machine électrique tournante 10 est, par exemple, un alternateur, un alterno-démarreur, une machine réversible ou un moteur électrique.
Dans cet exemple, la machine 10 comporte un carter 11 et, à l'intérieur de celui-ci, un arbre 13, un rotor 12 solidaire en rotation de l’arbre 13 et un stator 15 entourant le rotor 12. Le mouvement de rotation du rotor 12 se fait autour d’un axe X correspondant à l’axe d’extension de l’arbre. Dans la suite de la description, les dénominations axiales, radiales, extérieures et intérieures se réfèrent à l’axe X traversant en son centre l’arbre 13. Pour les directions radiales, les dénominations extérieure ou intérieure s'apprécient par rapport au même axe X, la dénomination intérieure correspondant à un élément orienté vers l’axe, ou plus proche de l’axe par rapport à un second élément, la dénomination extérieure désignant un éloignement de l’axe.
Dans cet exemple, le carter 1 1 comporte un flasque avant 16 et un flasque arrière 17 qui sont assemblés ensemble. Ces flasques 16, 17 sont de forme creuse et portent, chacun, centralement un palier accouplé à un roulement à billes 18, 19 respectif pour le montage à rotation de l'arbre 13.
En outre, le carter 1 1 comporte des moyens de fixation 14 permettant le montage de la machine électrique tournante 10 dans le véhicule.
Une poulie 20 est fixée sur une extrémité avant de l’arbre 13, au niveau du flasque avant 16. Dans la suite de la description, les dénominations avant/arrière se réfèrent à la poulie 20. Ainsi une face avant est une face orientée en direction de la poulie alors qu’une face arrière est une face orientée en direction opposée de la poulie
L’extrémité arrière de l’arbre 13 porte, ici, des bagues collectrices 21 appartenant à un collecteur 22. Des balais 23 appartenant à un porte- balais 24 sont disposés de façon à frotter sur les bagues collectrices 21.
Le porte-balais 24 est relié à un régulateur de tension (non représenté).
Dans cet exemple de réalisation, le stator 15 comporte un corps 27 en forme d'un paquet de tôles doté d'encoches et un bobinage électrique 28 qui traverse les encoches du corps 27 et forment un chignon avant 29 et un chignon arrière 30 de part et d'autre du corps du stator. Par ailleurs, le bobinage 28 est formé d’une ou plusieurs phases reliées électriquement à un ensemble électronique 36 formant un pont redresseur de tension.
Dans cet exemple, le rotor 12 est un rotor à griffe. Il comporte deux roues polaires 31 , chacune étant formée d’un plateau 32 et d’une pluralité de griffes 33 s’étendant à partir du plateau et formant des pôles magnétiques. Le plateau 32 est d’orientation transversale et présente, par exemple, une forme sensiblement annulaire. Le plateau 32 présente une première face d’extrémité axiale 37 et une deuxième face d’extrémité axiale 38 opposée à ladite première face, les griffes s’étendant à partir de la deuxième face 38.
Ce rotor 12 comporte, en outre, un noyau 34 cylindrique qui est intercalé axialement entre les roues polaires 31. Ici, ce noyau 34 est formé de deux demi noyaux appartenant chacun à l’une des roues polaires. Le rotor 12 comporte, entre le noyau 34 et les griffes 33, une bobine 35 comportant, ici, un moyeu de bobinage et un bobinage électrique sur ce moyeu. Par exemple, les bagues collectrices 21 appartenant au collecteur 22 sont reliées par des liaisons filaires à ladite bobine 35. Le rotor 12 peut également comporter des éléments magnétiques interposés entre deux griffes 33 adjacentes.
Les flasques 16, 17 peuvent comporter des ouvertures pour le passage d’un flux d’air de refroidissement de la machine électrique tournante. Le flux d'air est engendrée par la rotation d’un ventilateur avant 25 fixé sur la face axiale avant du rotor 12 et d’un ventilateur arrière 26 fixé sur la face axiale arrière du rotor.
Comme illustré sur l’exemple de la figure 2, le plateau 32 présente des cavités 39 s’étendant à partir de la première face d’extrémité axiale 37 pour permettre la fixation du ventilateur sur la roue polaire. La roue polaire 31 comporte notamment entre deux et huit cavités. Dans l’exemple illustré ici, la roue polaire comporte autant de cavités que de griffes 33.
Dans cet exemple, les cavités 39 sont situées sur une même circonférence du plateau 32, c'est-à-dire qu’un cercle tracé sur la première face d’extrémité axiale 37 et ayant comme centre l’axe X traverse au moins une portion de chaque cavité. De préférence, les distances respectives entre l’axe X et les centres des cavités 39 sont égales pour une même roue polaire 31. De plus, les cavités 39 sont espacées angulairement les unes des autres suivant un même angle. On obtient alors une roue polaire symétrique. De plus, les cavités 39 sont situées de manière plus proche de la périphérie extérieure A de la roue polaire 31 , définie par la circonférence de plus grand diamètre du plateau 32, que de la périphérie intérieure B, définie par l’ouverture traversée par l’arbre 13.
Le plateau 32 est divisé en plusieurs secteurs angulaires délimités chacun par deux droites et formant une alternance de secteurs angulaires à griffe Z1 et de secteurs angulaires dépourvu de griffe Z2. Un secteur angulaire à griffe Z1 est délimité par une première droite passant par le centre C du plateau et par une des deux extrémités circonférentielles d’une griffe et par une deuxième droite passant par le centre C et par l’autre extrémité circonférentielle de la même griffe. Un secteur angulaire dépourvu de griffe Z2 est délimité par une première droite passant par le centre C et par une extrémité circonférentielle d’une griffe et par une deuxième droite passant par le centre C et par l’extrémité circonférentielle de la griffe adjacente, les deux extrémités circonférentielles étant en regard l’une de l’autre. Les cavités sont de préférence disposées dans les secteurs angulaires dépourvus de griffe Z2 afin de perturber le moins possible le champ magnétique passant dans le plateau.
Cette répartition des cavités dépend de l’application et est applicable en particulier pour la roue polaire avant car la roue polaire arrière présente des contraintes différentes de dimensionnement en raison du passage des fils de connexion de la bobine rotorique 35. Ainsi, la roue polaire arrière peut comprendre des cavités 39 disposées à cheval entre deux secteurs angulaire ou dans des secteurs angulaires à griffe Z1 pour permettre le passage des fils d’alimentation de la bobine 35 vers le collecteur 22.
Comme visible sur la figure 3, les cavités 39 sont disposées dans la partie du plateau 32 qui n’est ni en contact avec le noyau 34 ni avec une des griffes 33, c’est-à-dire dans la partie de la roue polaire présentant la plus faible épaisseur axiale.
Chaque cavité 39 s’étend suivant un axe Y qui est parallèle à l’axe X de rotation de la roue polaire 31 et présente une forme cylindrique ou conique.
Chaque cavité 39 présente une profondeur P1 dans une direction axiale comprise entre 5% à 100% de l’épaisseur E1 du plateau 32 prise au niveau de ladite cavité et de préférence comprise entre 30% et 60%. Par exemple, la cavité a une profondeur P1 comprise entre 3 et 20 mm.
Chaque cavité 39 présente un diamètre maximal compris entre 0,02 et 0,2, et en particulier entre 0,03 et 0,08, fois le diamètre externe de la roue polaire.
Une cavité 39, comme illustré sur la figure 4, est formée d’un fond 40 et d’une paroi latérale 41 présentant une première extrémité axiale définissant une ouverture d’entrée 42 de la cavité et une deuxième extrémité axiale opposée à ladite première extrémité qui relie la paroi latérale avec le fond. Des rayons de congé peuvent être prévus entre pour la paroi latérale 41 et le fond 40 et entre la paroi latérale et la première face d’extrémité axiale 37 du plateau. Dans la suite de la description, différents modes de réalisation vont être présentés, les caractéristiques générales énoncées précédemment sont applicable quelque soit le mode de réalisation.
Dans le premier mode de réalisation illustré sur les figures 3 et 4, la paroi latérale 41 s’étend linéairement, c’est-à-dire qu’une section dans un plan axial de la paroi présente une forme de droite. Par exemple, la paroi latérale 41 s’étend suivant une direction qui forme un angle compris entre 0 et 30 degrés avec l’axe Y de la cavité. En particulier, la cavité 39 présente un diamètre d’entrée pris au niveau de l’ouverture d’entrée 42 et un diamètre de fond pris au niveau du fond 40, le diamètre de fond étant plus petit que le diamètre d’entrée.
Dans une variante de ce premier mode de réalisation illustré sur la figure 5, les cavités 39 sont traversante de manière à déboucher à la fois sur la première face d’extrémité axiale 37 et sur la deuxième face d’extrémité axiale 38 du plateau 32.
Les figures 7a et 7b illustrent un exemple d’un deuxième mode de réalisation dans lequel les cavités 39 présentent un épaulement 43 s’étendant à partir de la paroi latérale 41 pour former une butée. L’épaulement 43 s’étend sensiblement transversalement, par rapport à l’axe Y de la cavité 39, sur toute la circonférence de la paroi latérale. L’épaulement définit une ouverture 44 dont le diamètre est inférieur au plus grand diamètre de la paroi latérale 41.
Par exemple, l’épaulement 43 s’étend sur une hauteur H1 , dans une direction axiale par rapport à l’axe Y, d’au moins 30% de la profondeur P1 de la cavité 39. Toujours par exemple, l’épaulement 43 s’étend sur une longueur L1 , dans une direction radiale par rapport à l’axe Y, comprise entre 10% et 30% du diamètre maximum de la cavité pris axialement entre le fond 40 et l’épaulement 43.
Dans une première variante du deuxième mode de réalisation illustré sur la figure 7a, l’épaulement 43 s’étend à partir de la première face d’extrémité axiale 37 du plateau 32. L’ouverture 44 formée par l’épaulement correspond alors à l’ouverture d’entrée 42 de la cavité 39. Dans une seconde variante du deuxième mode de réalisation illustré sur la figure 7b, l’épaulement 43 s’étend à distance de la première face d’extrémité axiale 37 du plateau 32. Autrement dit, il existe une distance axiale non nulle entre la première portion de liaison 37 et l’épaulement 43. L’ouverture 44 formée par l’épaulement est alors distincte de l’ouverture d’entrée 42 de la cavité 39. Par exemple, une hauteur axiale H2 entre l’épaulement 43, en particulier le sommet 57 dudit épaulement, et la première face d’extrémité axiale 37 du plateau est d’au moins 15% de la profondeur P1 de la cavité. Le sommet 57 de l’épaulement est le point à partir duquel l’épaulement présente le plus petit diamètre D3. Par exemple la hauteur axiale H2 est d’au moins 2 mm et la profondeur P1 de la cavité est de 6 mm.
Par exemple dans cette variante de réalisation, la cavité 39 présente une partie supérieure 45 située axialement entre la première face d’extrémité axiale 37 et l’épaulement 43 et une partie inférieure 46 située axialement entre l’épaulement 43 et le fond 40 de la cavité. Les parties 45, 46 sont indépendantes l’une de l’autre et pourront présenter des caractéristiques telles qu’une forme, des dimensions ou un angle d’inclinaison par rapport à l’axe Y de la cavité, différentes. Par exemple, un diamètre maximum de la partie supérieure 45 est supérieur à un diamètre maximal de la partie inférieure 46. Toujours par exemple, la partie supérieure 45 peut présenter une forme différente de la partie inférieure 46. Ainsi, la partie inférieure 46 peut présenter une forme cylindrique et la partie supérieure 45 peut présenter une forme rectangulaire. Cette forme rectangulaire permet un blocage en rotation du ventilateur par rapport à la roue polaire.
L’épaulement présente une première portion 47 et une deuxième portion 48, lesdites portions étant séparées l’une de l’autre par le sommet 57 de l’épaulement définissant l’ouverture 44. La première portion 47 s’étend en regard de la partie supérieure 45 et la deuxième portion 48 s’étend en regard de la partie inférieure 46. Par exemple, la première portion 47 s’étend sensiblement radialement par rapport à l’axe Y et la deuxième portion 48 forme une courbure. La cavité 39 peut être obtenue par un procédé de forgeage, notamment par frappe à chaud, ou par usinage.
Les figures 8, 9a et 9b illustrent la fixation d’un ventilateur 25, 26 sur une roue polaire 31. Le ventilateur 25, 26 comporte une plaque 49 s’étendant transversalement et au moins une pale 50 s’étendant en saillie à partir de la plaque. Le ventilateur est monté sur la roue polaire 31 associée par au moins un élément de fixation 51 coopérant avec une cavité 39 associée. La plaque 49 est en contact avec la première face d’extrémité axiale 37 de la roue polaire 31 associée.
La plaque 49 présente une ouverture 54 disposée en regard de la cavité 39 associée pour permettre le passage de l’élément de fixation 51.
Dans une première réalisation compatible avec l’un quelconque des modes de réalisation décrivant la cavité 39, l’ouverture 54 du ventilateur est légèrement plus grande que l’ouverture d’entrée 42 de la cavité afin de ne pas déformer le ventilateur lors de l’insertion de l’élément de fixation 51. Dans cette réalisation, l’élément de fixation 51 peut présenter une tête 52 en contact avec la plaque 49 du ventilateur et un corps 53 s’étendant en saillie à partir de la tête 52. Le corps 53 est disposé à travers l’ouverture 54 du ventilateur et coopère avec la cavité 39 pour maintenir le ventilateur sur la roue polaire.
La figure 8 représente une roue polaire selon le premier mode de réalisation des figures 3 et 4. Dans cette réalisation, l’élément de fixation 51 est emmanché en force dans la cavité 39.
En variante, l’élément de fixation 51 pourrait être vissé dans la cavité 39. La paroi latérale 41 de la cavité pourrait alors comprendre un taraudage complémentaire d’une partie filetée formée sur le corps 53 de l’élément de fixation 51.
La figure 9a représente une roue polaire selon le deuxième mode de réalisation de la figure 7a. Dans cette réalisation, l’élément de fixation 51 est encliqueté dans la cavité 39. Autrement dit, l’épaulement 43 forme une butée axiale contre laquelle l’élément de fixation 51 vient en appui pour maintenir le ventilateur. Par exemple, comme illustré sur la figure 9a, la plaque 49 comprend une encoche 55 entourant l’ouverture 54 pour loger la tête 52 de l’élément de fixation. Cette encoche est également applicable au premier mode de réalisation illustré par la figure 8.
La figure 9b représente une roue polaire selon le deuxième mode de réalisation de la figure 7b. Dans cette réalisation, l’élément de fixation 51 est encliqueté dans la cavité 39.
Dans l’exemple de la figure 9b, la plaque 49 du ventilateur 25, 26 présente une saillie 56 s’étendant dans la partie supérieure 45 de la cavité 39 permettant de bloquer en rotation le ventilateur 25, 26 par rapport à la roue polaire 31. Cette saillie est également applicable au premier mode de réalisation illustré par la figure 8.
L’exemple de réalisation de la roue polaire de la figure 5 est compatible avec l’un ou l’autre des modes de fixation décrit ci-dessus.
Dans une seconde réalisation compatible avec l’un quelconque des modes de réalisation décrivant la cavité 39 et illustrée sur les figures 10a et 10b, le ventilateur 25, 26 comporte une portion de fixation 58 s’étendant en saillie de la plaque 49 dans une direction axiale opposée à la direction d’extension des pales 50 du ventilateur. La portion de fixation 58 s’étend axialement dans la cavité 39.
La portion de fixation 58 présente une forme sensiblement cylindrique et l’ouverture 54 se prolonge dans la portion de fixation pour permettre l’insertion de l’élément de fixation 51 à travers ladite portion. La portion de fixation entoure l’élément de fixation 51.
La portion de fixation 58 peut comporter une rainure de fixation 59 dont la forme est complémentaire de la forme de l’épaulement 43 pour coopérer avec ledit épaulement afin de maintenir le ventilateur dans la roue polaire 31 sous l’action de l’élément de fixation 51 , cette action de l’élément de fixation se faisant par une contrainte mécanique de la portion de fixation 58 dans une direction transversale vers l’extérieur c’est-à-dire vers la paroi 41 de la cavité.
Ainsi, la portion de fixation 58 présente une première position avant fixation, illustrée sur la figure 10a dans laquelle l’élément de fixation 51 n’est pas inséré dans l’ouverture 54 ou est inséré seulement sur une petite portion ne permettant pas la déformation de ladite portion de fixation. Dans cette position, la portion de fixation 58 s’étend dans une direction axiale et ne coopère pas avec la cavité 39.
La portion de fixation 58 présente une deuxième position de fixation, illustrée sur la figure 10b, dans laquelle l’élément de fixation 51 est inséré à travers l’ouverture 54 exerçant une contrainte mécanique sur ladite portion de fixation pour assurer une coopération mécanique entre la portion de fixation 58 et la cavité 39 et notamment entre la rainure de fixation 59 et l’épaulement 43 pour permettre la fixation du ventilateur sur la roue polaire. La portion de fixation 58 passe donc d’une position avant fixation à une position de fixation par déformation sous la contrainte de l’élément de fixation 51. Dans cette position, la portion de fixation s’étend dans une direction inclinée par rapport à une direction axiale.
Dans un exemple de réalisation illustré sur les figures 1 1 et 12 et compatible avec l’un quelconque des modes de réalisation décrit ci- dessus, l’ouverture 54 est prolongée par deux rainures 60 s’étendant transversalement dans la plaque 49 et formant une ouverture traversante. Les deux rainures 60 s’étendent par exemple de manière diamétralement opposée l’une par rapport à l’autre autour de l’ouverture 54. Par exemple, une colle telle que de la résine ou un vernis peut être disposée dans la cavité 39 afin d’améliorer le maintien dudit ventilateur sur la roue polaire, lesdites rainure 60 facilitant cette insertion.
Dans un exemple de réalisation compatible avec l’un quelconque des modes de réalisation décrit ci-dessus, l’élément de fixation 51 est un élément rapporté par rapport au ventilateur 25, 26. Ainsi, l’élément de fixation 51 est par exemple une goupille, un clou, un rivet, une vis ou encore un clip coopérant avec l’épaulement 43.
Dans un autre exemple de réalisation compatible avec l’un quelconque des modes de réalisation décrit ci-dessus, l’élément de fixation 51 s’étend à partir de la plaque 49 du ventilateur 25, 26. Autrement dit, le ventilateur et l’élément de fixation sont monoblocs. Par exemple, le ventilateur 25, 26 est formé d’un matériau plastique. Alternativement le ventilateur 25, 26 est formé d’un matériau métallique tel que l’acier ou l’aluminium ou le cuivre ou le laiton ou encore d’un matériau composite.
Par exemple, l’élément de fixation 51 est en matériau métallique ou plastique. Lorsque l’élément de fixation est monobloc avec le ventilateur, ledit élément peut être issu de matière avec le ventilateur ou surmoulé sur le ventilateur.
La présente invention trouve des applications en particulier dans le domaine des rotors pour alternateur ou machine réversible mais elle pourrait également s’appliquer à tout type de machine tournante.
Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de la présente invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents. Par exemple, une roue polaire peut présenter des cavités identiques les unes avec les autres afin de simplifier la fabrication de la roue polaire ainsi que son équilibrage. De la même manière, les roues polaires d’un rotor peuvent présenter des cavités identiques ainsi qu’une répartition identique desdites cavités. On comprendra cependant que chaque cavité, d’une même roue polaire ou de roue polaire différente d’un même rotor, peut présenter sa propre forme, ses propres dimensions et son propre emplacement tant que l’élément de fixation associé est adapté en conséquence pour maintenir le ventilateur sur la roue polaire.

Claims

REVENDICATIONS
1. Rotor de machine électrique tournante, le rotor (12) comportant :
- une roue polaire (31 ) comportant : un plateau (32) s’étendant transversalement par rapport à un axe (X) de rotation de la roue polaire et une pluralité de griffes (33) s’étendant à partir du plateau dans une direction sensiblement axiale,
- un ventilateur (25, 26) comportant une plaque (49) s’étendant transversalement par rapport à l’axe (X) et au moins une pale (50) s’étendant en saillie à partir de la plaque,
le rotor étant caractérisé en ce que le ventilateur (25, 26) est monté sur la roue polaire (31 ) par au moins un élément de fixation (51 ) coopérant avec une cavité (39) formée dans le plateau (32).
2. Rotor selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’élément de fixation (51 ) est emmanché en force ou encliqueté dans la cavité (39).
3. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’élément de fixation (51 ) est rapporté au ventilateur (25, 26).
4. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ventilateur (25, 26) comporte une portion de fixation (58) s’étendant en saillie à partir de la plaque (49) dans la cavité (39) et coopérant avec l’élément de fixation (51 ) et la cavité (39) pour fixer ledit ventilateur.
5. Rotor selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la portion de fixation (58) est agencée entre l’élément de fixation (51 ) et une paroi (41 ) de la cavité (49).
6. Rotor selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la portion de fixation (58) est agencée pour se déformer sous l’action de l’élément de fixation (51 ) pour passer d’une position avant fixation à une position de fixation dans laquelle ladite portion (58) coopère avec la cavité (39) pour maintenir le ventilateur.
7. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cavité (39) présente un épaulement (43) formant une butée axiale.
8. Rotor selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’épaulement (43) s’étend à distance d’une première face d’extrémité axiale (37) du plateau (32).
9. Rotor selon l’une des revendications 7 ou 8 quand dépendante de l’une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la portion de fixation (58) du ventilateur comporte une rainure de fixation (59) coopérant avec l’épaulement (43) pour fixer le ventilateur sur la roue polaire.
10. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque (49) du ventilateur (25, 26) présente une ouverture (54) disposée en regard de la cavité (39) associée pour permettre l’insertion de l’élément de fixation (51 ).
11. Rotor selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le ventilateur (25, 26) comporte une rainure (60) traversante dans une direction axiale et s’étendant à partir de l’ouverture.
12. Rotor selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la plaque (49) comprend une encoche (55) s’étendant dans une direction axiale et entourant l’ouverture (54) pour loger en partie l’élément de fixation (51 ).
13. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ventilateur (25, 26) comporte une saillie (56) s’étendant dans la cavité (39).
14. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le plateau (32) est divisé en plusieurs secteurs angulaires délimités, chacun, par deux droites passant respectivement par le centre (C) du plateau et les deux extrémités circonférentielles d’une même griffe (33) ou les deux extrémités circonférentielles en regard de deux griffes (33) adjacentes, les secteurs formant une alternance, dans une direction circonférentielle, de secteur angulaire à griffe (Z1 ) et de secteur angulaire dépourvue de griffe (Z2), la cavité (39) étant disposée dans un secteur angulaire dépourvue de griffe (Z2).
15. Machine électrique tournante comprenant un rotor (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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