WO2021123539A1 - Rotor de machine électrique tournante - Google Patents

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WO2021123539A1
WO2021123539A1 PCT/FR2020/052259 FR2020052259W WO2021123539A1 WO 2021123539 A1 WO2021123539 A1 WO 2021123539A1 FR 2020052259 W FR2020052259 W FR 2020052259W WO 2021123539 A1 WO2021123539 A1 WO 2021123539A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotor
shaft
tongue
mass
sheets
Prior art date
Application number
PCT/FR2020/052259
Other languages
English (en)
Inventor
Andrei DARABANA
Diana FANTUZ
Ioan Deac
Samuel KOECHLIN
Original Assignee
Nidec Psa Emotors
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
Application filed by Nidec Psa Emotors filed Critical Nidec Psa Emotors
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Classifications

    • 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
    • H02K1/28—Means for mounting or fastening rotating magnetic parts on to, or to, the rotor structures
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • the present invention relates to the field of rotating electrical machines and more particularly the rotors of such machines.
  • the invention relates in particular to the mounting of the rotor on a shaft of the machine, and in particular to the connection between G shaft and a rotor mass of the rotor.
  • the invention relates more particularly to synchronous or asynchronous machines with alternating current. It relates in particular to traction or propulsion machines for electric motor vehicles (Battery Electric Vehicle) and / or hybrids (Hybrid Electric Vehicle - Plug-in Hybrid Electric Vehicle), such as passenger cars, vans, trucks or buses.
  • the invention also applies to rotating electrical machines for industrial and / or energy production applications, in particular naval, aeronautical or wind turbines.
  • the outer surface of the shaft is devoid of flatness.
  • the rotor shaft is cylindrical.
  • the invention aims to meet this need and it achieves it, according to one of its aspects, by means of an electric machine rotor, rotating around an axis of rotation X, the rotor comprising:
  • a shaft arranged on the axis of rotation having an outer surface, the outer surface having at least one flat area and at least one cylindrical zone,
  • a rotor mass extending along the axis of rotation and arranged around the shaft, comprising at least one tongue cooperating with the flat surface of the shaft, said at least one tongue undergoing plastic deformation during insertion of the rotor mass on the shaft.
  • flat is meant a flattened area of the outer surface of the shaft, that is, an area whose curvature is less pronounced than the outer surface of a cylindrical shaft.
  • the flat area has reliefs. The existence of such reliefs may or may not be independent of the cooperation between the solids and the tabs. Grooves comprising in particular two side edges and a bottom are not considered as flat areas within the meaning of this definition.
  • a flat area within the meaning of the invention is not a groove.
  • the invention also relates to an electric machine rotor, rotating around an axis of rotation, the rotor comprising:
  • a shaft arranged on the axis of rotation having an outer surface, the outer surface having at least one flat area, which is not a groove, and at least one cylindrical zone,
  • a rotor mass extending along the axis of rotation and arranged around the shaft, comprising at least one tongue cooperating with the flat surface of the shaft, said at least one tongue undergoing plastic deformation during insertion of the rotor mass on the shaft.
  • the flat area (s) of the shaft may be in contact with the tab (s) of the rotor mass, without being in contact with the rest of the rotor mass.
  • the solids do not need to be manufactured precisely since the tab or tabs make it possible to maintain contact between the rotor mass and the shaft. The production cost of this rotor is therefore low.
  • the cylindrical zones allow in particular the centering of the rotor mass on the shaft.
  • the configuration of the rotor according to the invention does not modify the electromagnetic performance of the electrical machine which includes the rotor.
  • the tab (s) may not be in lateral contact with the shaft. This provides greater alignment tolerance between the shaft and the rotor mass and thus facilitates the insertion of the rotor mass onto the shaft.
  • the tabs can deform out of a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor.
  • the deformation angle that is to say the angle between a plane of the tongue and a plane perpendicular to the axis of rotation, is between 0 ° and 25 °, more preferably between 1 ° and 15 ° , better between 1 ° and 5 °.
  • the tongue deforms substantially axially, in particular axially, and does not deform circumferentially or radially.
  • the tab or tabs can undergo, in addition to the plastic deformation, an elastic deformation.
  • a first elastic deformation of the tongue (s) may take place before their plastic deformation during the insertion of the rotor mass on the shaft. Such elastic deformation thus facilitates insertion.
  • the elastic deformation keeps the tabs in contact with the flat areas of the shaft. Contact can be maintained even when the rotor is spinning at high speeds. Thanks to this plastic deformation, the tab (s) will adjust naturally so as not to leave any play between the tabs and the flat area with which they cooperate.
  • the centrifugal forces of the rotor reduce the pressure forces on the cylindrical surfaces which can then no longer be in contact with the rotor mass.
  • Contact between the rotor mass and the shaft can then be ensured by the tongues which, thanks to their elastic deformation, adjust to remain in contact with the flat surface with which it cooperates.
  • the tongues in association with the flat areas, therefore also participate in the transmission of torque.
  • the tongue or tongues participate in the rotation of the rotor mass by the shaft or of the shaft by the rotor mass.
  • the cooperation between the tongue (s) and the flats makes it possible to make the shaft and the rotor mass integral in rotation.
  • the plastic deformation of the tabs allows the existence of a preload in the torque transmission means, which promotes the strength of the connection between the shaft and the rotor mass. This avoids the risk of sudden detachment, even with high torque.
  • the tab (s) may deform during use of the rotor, but without inducing play with the shaft. Very efficient torque transmission is ensured whatever the speed of rotation, without excessive pre-stress on the rotor mass.
  • the implementation of the invention avoids the need for very precise sizing and high precision machining, thanks to a significant deformation of the tongues beyond the elastic limit.
  • the lack of clearance between the rotor mass and the shaft nevertheless allows the necessary torque reversals.
  • the manufacturing cost is therefore reduced.
  • Judicious sizing ensures torque transmission while limiting the assembly effort.
  • the tab or tabs are formed on the rotor mass. This configuration is particularly advantageous when the rotor mass can be deformed more easily than the shaft, since the tongue undergoes plastic deformation. This is the case, for example, when the rotor mass is formed from a stack of sheets.
  • the tongue is preferably formed in a central bore of the rotor mass intended to receive the rotor shaft. The deformation of the tongue (s) can be favored by the lamination of the rotor mass, each sheet of the rotor mass being able to deform independently of its neighbors.
  • the flat area (s) and the tab (s) can be configured to allow torque transmission in both directions, regardless of the direction of rotation of the rotor, both with positive torque, in the event of acceleration, and with negative torque, in the event of braking.
  • the tree can have one or more solids.
  • it may include, for example, one, two, three, four or five flat areas.
  • the tree may have an even number of solids.
  • the solids are for example arranged symmetrically with respect to a plane containing the axis of rotation of the rotor.
  • the angular portion at the outer surface of the shaft occupied by each flat area may be between 5% and 50%, preferably between 10% and 35%, better still of the order of 20% of the solid. shaft circumference.
  • the angular portions of all the solids are equal. In another embodiment, each solid has a different angular portion from another solid.
  • the angular portion at the outer surface of the shaft occupied by all of the solids may be between 10% and 99%, preferably between 20% and 80%, better still of the order of 60% of the circumference of the tree.
  • the angular portion at the outer surface of the shaft occupied by each cylindrical zone may be between 2% and 50%, preferably between 4% and 35%, better still of the order of 6% of the circumference of the shaft. .
  • the angular portion at the outer surface of the shaft occupied by all of the cylindrical zones may be between 4% and 99%, preferably between 8% and 40%, better still of the order of 25% of the circumference of the shaft. 'tree.
  • At least one tab may have a first and a second lateral edge.
  • the first and second lateral edges may be curved, in particular each having different radii of curvature.
  • the tongues may have a width 1 of between 1 mm and 20 mm, preferably between 1.5 mm and 4 mm, more preferably between 2 mm and 4 mm, better still of the order of 2.2 mm.
  • the first side edge has a radius of curvature greater than that of the second side edge.
  • the radius of curvature of the first side edge is between 1.5 and 10 times greater than the radius of curvature of the second side edge, better between 3 and 7 times, even better 5 times greater than the radius of curvature of the second side edge.
  • the side edge which has a smaller radius of curvature may experience less deformation when inserting the rotor mass onto the shaft.
  • an inclination of the tongue is observed with respect to the plane of the sheet carrying the tongue.
  • the angle of inclination b of the lateral edge with the smallest radius of curvature with respect to the sheet plane is between 0.5 0 and 15 °, preferably between 0.5 ° and 3 °, better still of the order of 2.5 °. The presence of such an inclination increases the mechanical strength of the tongue.
  • the two side edges have the same radius of curvature.
  • At least one tab may have a general T shape.
  • each tab having a general T shape cooperates on its own with a flat area.
  • the tongue can for example be arranged such that its center line is perpendicular to the plane of the flat when viewed in cross section.
  • the crossbar of the T is for example resting on the flat.
  • the tabs having a general T shape can be centered on the flat area.
  • At least one tab has two parallel side edges. At the solid level, the side edges are connected by an edge that is parallel to the solid. In this embodiment, the tab or tabs have a substantially rectangular shape.
  • At least one tab may have the general shape of C.
  • the same sheet may have tabs of different shapes.
  • the same sheet may comprise a tab in the general shape of a T which cooperates with a flat area and a pair of tabs having lateral edges having distinct radii of curvature which cooperates with another flat area symmetrical with the first relative to the axis. of the rotor.
  • Each flat can cooperate with one, two or three tabs.
  • each flat area can cooperate with more than three tabs, for example with four or five tabs.
  • each flat area can cooperate with a pair of tabs.
  • the term “pair of tongues” is understood to mean two tongues arranged side by side and which cooperate with the same flat area.
  • each flat area can cooperate with a triplet of tabs.
  • the term “triplet of tongues” is understood to mean three tongues arranged side by side and which cooperate with the same flat area.
  • the tongues of the same pair or the same triplet can all be identical. Alternatively, the tabs of the same pair or the same triplet may be different.
  • the tongues, pair or triplet of tongues can be arranged symmetrically with respect to a plane containing the axis of rotation of the rotor.
  • the tongues, pair or triplet of tongues may not be arranged symmetrically with respect to the axis of rotation of the rotor.
  • the tabs when the rotor is viewed in cross section, may be evenly distributed around the axis of rotation of the rotor. Alternatively, they may not be evenly distributed.
  • pairs or triplets of tabs when the rotor is viewed in cross section, can be evenly distributed around the axis of rotation of the rotor. Alternatively, they may not be evenly distributed.
  • each flat area when the rotor is observed in cross section, each flat area may cooperate with a single tab, for example a T-shaped tab.
  • the shaft may have two areas and two tabs, each flat area cooperating with a tab.
  • the shaft may have three flat areas and three tabs, each flat area cooperating with a tab.
  • the shaft may have four flat areas and four tabs, each flat area cooperating with a tab.
  • the shaft may have four flat areas and two tabs, two of the flat areas cooperating with a tab.
  • the shaft may have five flat areas and five tabs, each flat area cooperating with a tab.
  • the rotor mass may have two pairs of tabs in cross section.
  • the shaft may have two flat areas and two pairs of tabs, each flat area cooperating with a pair of tabs.
  • the tree can have three flat areas and three pairs of tabs, each flat area cooperating with a pair of tabs.
  • the shaft may include four flat areas and four pairs of tabs, each flat area cooperating with a pair of tabs.
  • the shaft may have four flats and two pairs of tongues, two of the flats cooperating with a pair of tongues.
  • the shaft may have two solids, a tongue and a pair of tongues.
  • the tongue cooperates with one of the two flat areas and the pair of tongues cooperates with the other.
  • the flat areas of the shaft can each cooperate with a different number of tabs and / or with tabs having a different shape from the adjacent flat.
  • the shaft has five flat areas which each cooperate with a tongue, a pair or a triplet of differently shaped tongues.
  • a flat, when the rotor is observed in cross section, may not cooperate with any tongue.
  • the tongue When a single tongue cooperates with a solid, the tongue is preferably centered on the flat. By “centered” is meant the fact that the median line of the tongue coincides with the median line of the solid in cross section.
  • the tabs can be off-center with respect to the midline of the flat area.
  • the tabs are preferably arranged symmetrically with respect to the midline of the solid. They are preferably placed closer to the edges of the solid than to its center line. Alternatively, they can be placed closer to the midline than to the side edges of the solid.
  • the central tab can be centered on the flat and the other two tabs can be arranged on either side.
  • the tongues can for example be arranged so that their center line is perpendicular to the plane of the flat, when the rotor is observed in cross section.
  • the cylindrical portions may have a shoulder at at least one axial end.
  • the shoulder can be formed by a portion of the shaft having a diameter smaller than the rest of the shaft. This shoulder makes it possible to facilitate the insertion of the rotor mass on the shaft.
  • This shoulder may have a chamfer entry. The chamfer can extend longitudinally. This chamfer makes it possible to promote the entry of the tongue during the insertion of the rotor mass on the shaft.
  • only the cylindrical portions have a shoulder at one of their axial end.
  • the cylindrical portions and the flats may include such a shoulder.
  • a cooling fluid can flow through recesses formed by the tabs in the central bore of the rotor mass.
  • the recess provided by a pair of tabs may have the shape of a lunula. Such a shape of course allows sufficient coolant to be passed through to effectively cool the rotor. This allows coolant to flow more easily between the shaft and the sheet metal packs.
  • the coolant can be oil.
  • the coolant can be water.
  • the rotor mass can be formed from a stack of sheets, at most 50%, more preferably at most 40%, better at most 30% of the sheets comprising at least one tongue.
  • the rotor mass may be formed from a stack of sheets, in particular sheets that are all substantially identical, namely at least identical on the side of the shaft.
  • the sheets are magnetic.
  • the plates of the rotor mass can all be identical on the side of their cooperation with the shaft.
  • the rotor mass may not be massive.
  • the tabs can be made in one piece with the sheets.
  • the rotor mass sheet stack may have sheets arranged in one direction and sheets turned in the other direction. Sheets can be turned in bundles, with the rotor mass sheet stack alternating between bundles of sheets arranged in one direction and bundles of sheets turned in the other direction. A more homogeneous distribution of the stresses in the rotor is thus obtained. The performance of the machine is improved, especially in terms of vibrations, noise, and torque ripples.
  • the alternation between the sheets of the rotor mass comprising at least one tongue and those without, at the level of a tongue may be regular.
  • one or more sheets without tabs are arranged between two sheets comprising at least one tab. It is possible to place a sheet without a tongue between two sheets comprising at least one tongue. As a variant, it is possible to have a sheet comprising at least one tongue between two sheets without a tongue. For example, two sheets without a tongue can be placed between two sheets comprising at least one tongue.
  • the sheets comprising at least one tongue can be adjacent to one another.
  • two sheets without a tongue can be placed between two pairs of sheets comprising at least one tongue.
  • two central plates without tabs are surrounded by two pairs of plates which contain tabs and which are arranged on either side.
  • two central plates may have tabs and two pairs of plates which do not have tabs are arranged on either side.
  • the same rotor mass may be composed of packets of sheets each having a different alternation of sheet comprising at least one tongue and of sheets without tongues.
  • the alternation of the sheets may not be smooth when moving along the axis of the machine.
  • all the packets of sheets of the rotor mass may have the same alternation of sheet comprising at least one tongue and of sheets without being without.
  • the alternation between the sheets of the rotor mass comprising at least one tongue and those without it may be irregular.
  • the tab when one observes, before the insertion of the rotor mass on the shaft, a tongue superimposed with a flat area, the tab may protrude above the flat area at a minimum of a distance of d min greater than 0.1 mm, preferably greater than 0.2 mm, better still of the order of 0.5 mm.
  • d min a distance of d min greater than 0.1 mm, preferably greater than 0.2 mm, better still of the order of 0.5 mm.
  • the tab when one observes, before the insertion of the rotor mass on the shaft, a tongue superimposed on a flat area, the tab may protrude above the flat area at most by a distance of d max less than 3 mm, preferably less than 1 mm, better still of the order of 0.5 mm.
  • d max less than 3 mm, preferably less than 1 mm, better still of the order of 0.5 mm.
  • the tolerance for cutting sheets is for example of the order of 0.07 mm.
  • the tolerance for the manufacture of the shaft is, for example, of the order of 0.025 mm.
  • the rotor may include permanent magnets, in particular with surface or buried magnets.
  • the rotor can be in flux concentration. It can include one or more layers of magnets arranged in I, U or V.
  • it may be a wound or squirrel cage rotor, or a variable reluctance rotor.
  • the number of poles P at the rotor is for example between 4 and 48, being for example 4, 6, 8, 10 or 12.
  • the diameter of the rotor may be less than 400 mm, better still less than 300 mm, and greater than 50 mm, better still greater than 70 mm, being for example between 100 and 200 mm.
  • the housings of the permanent magnets can be made entirely by cutting from the sheets. Each sheet of the stack of sheets can be made in one piece.
  • Each sheet is, for example, cut from a sheet of magnetic steel or containing magnetic steel, for example steel 0.1 to 1.5 mm thick.
  • the sheets can be coated with an electrically insulating varnish on their opposite sides before they are assembled in the stack. Electrical insulation can also be obtained by heat treatment of the sheets, if necessary.
  • the rotor mass can be made from compacted or agglomerated magnetic powder.
  • the rotor magnetic mass may have salient poles.
  • the poles can be in one piece with the rest of the rotor mass, or attached to it.
  • the shaft can be made of a magnetic material, which advantageously reduces the risk of saturation in the rotor mass and improves the electromagnetic performance of the rotor.
  • the rotor comprises a non-magnetic shaft on which the rotor mass is placed.
  • the shaft can be made at least in part from a material from the following list, which is not exhaustive: steel, stainless steel, titanium or any other non-magnetic material
  • the rotor mass can in one embodiment be arranged directly on the non-magnetic shaft, for example without an intermediate rim.
  • the rotor may include a rim surrounding the shaft of the rotor and coming to bear on the latter.
  • the rotor mass may have one or more holes to lighten the rotor, allow its balancing or for the assembly of the rotor plates constituting it. Holes can allow the passage of tie rods now integral with each other the sheets.
  • the sheets can be cut in a tool one after the other. They can be stacked and clipped or glued into the tool, in complete packages or sub-packages. The sheets can be snapped onto each other. Alternatively, the sheet bundle can be stacked and welded outside the tool.
  • the rotor mass may have an outer contour which is circular or multilobed, a multilobed shape which may be useful, for example, for reducing torque ripples or current or voltage harmonics.
  • the rotor may or may not be cantilevered relative to the bearings used to guide the shaft.
  • the rotor can be produced in several sections aligned in the axial direction, for example at least two sections. Each of the sections can be angularly offset with respect to the adjacent pieces (“step skew” in English).
  • a further subject of the invention is a rotating electrical machine comprising a rotor according to the invention and a stator.
  • the stator may include electrical conductors, at least some of these electrical conductors, or even a majority of these electrical conductors, being in the shape of a U-shaped or I-shaped pin.
  • the maximum speed of rotation of the machine can be high, being for example greater than 10,000 rpm, better still greater than 12,000 rpm, being for example of the order of 14,000 rpm at 15,000 rpm or even 20,000 rpm or 25,000 rpm.
  • the maximum speed of rotation of the machine may be less than 100,000 rpm, or even 60,000 rpm, or even less than 40,000 rpm, better still less than 30,000 rpm.
  • the machine may have a single inner rotor or, alternatively, an inner rotor and an outer rotor, arranged radially on either side of the stator and coupled in rotation.
  • the machine can be inserted alone in a housing or inserted in a gearbox housing. In this case, it is inserted in a housing which also houses a gearbox.
  • the machine has a stator.
  • the latter comprises teeth defining notches between them.
  • the stator may comprise electrical conductors, at least some of the electrical conductors, or even a majority of the electrical conductors, possibly being in the shape of a U or I pin.
  • the notches can be at least partially closed.
  • a partially closed notch makes it possible to provide an opening at the level of the air gap, which can be used, for example, to place the electrical conductors for filling the notch.
  • a partially closed notch is in particular formed between two teeth which each have pole shoes at their free end, which close the notch at least in part.
  • the notches can be completely closed.
  • “fully closed notch” is meant notches which are not open radially towards the air gap.
  • At least one notch, or even each notch can be continuously closed on the side of the air gap by a bridge of material formed in one piece with the teeth defining the notch. All the notches can be closed on the side of the air gap by material bridges closing the notches. The bridges of material may have come in one piece with the teeth defining the notch. The stator mass is then without any cutout between the teeth and the bridges of material closing the notches, and the notches are then continuously closed on the side of the air gap by the bridges of material coming in one piece with the teeth defining the notch.
  • the notches can also be closed on the side opposite the air gap by an attached cylinder head or integrally with the teeth. The notches are then not open radially outwards.
  • the stator mass may be without a cutout between the teeth and the cylinder head.
  • each of the notches has a continuously closed contour.
  • continuously closed is meant that the notches have a continuous closed contour when viewed in cross section, taken perpendicular to the axis of rotation of the machine. You can go all the way around the notch without encountering a cutout in the stator mass.
  • the stator mass can be produced by stacking magnetic sheets, the notches being formed by cutting the sheets.
  • the stator mass can alternatively be produced by cutting from a mass of sintered or agglomerated magnetic powder. The closing of the notches on the side of the air gap is obtained by bridges of material coming in one piece with the rest of the sheets or the block forming the stator mass.
  • the stator may not be fitted with attached magnetic wedges for closing the notches. This eliminates the risk of accidental detachment of these wedges.
  • the stator may include coils distributed in a distributed manner in the notches, in particular having electrical conductors arranged in a row in the notches.
  • distributed is meant that at least one of the coils passes successively through two non-adjacent notches.
  • the electrical conductors may not be arranged in the notches in bulk but in an orderly manner. They are stacked in the notches in a non-random manner, being for example arranged in rows of aligned electrical conductors.
  • the stack of electrical conductors is, for example, a stack in a hexagonal network in the case of electrical conductors of circular cross section.
  • the stator may include electrical conductors housed in the notches. Electrical conductors at least, see a majority of electrical conductors, can be in the shape of pins, U or I.
  • the pin can be U-shaped ("U-pin” in English) or straight, being in form of I ("I-pin” in English).
  • each electrical conductor can comprise one or more strands (“wire” or “strand” in English).
  • strand is meant the most basic unit for electrical conduction.
  • a strand can be of round cross section, we can then speak of 'wire', or flat.
  • the flat strands can be shaped into pins, for example U or I. Each strand is coated with an insulating enamel.
  • the electrical conductors can form a single coil, in particular whole or fractional.
  • single winding is meant that the electrical conductors are electrically connected together in the stator, and that the connections between the phases are made in the stator, and not outside the stator, for example in a terminal box. .
  • a coil is made up of a number of phases m spatially shifted in such a way that when supplied by a multi-phase current system, they produce a rotating field.
  • the winding can be whole or fractional.
  • the winding can be full in pitch with or without shortening, or in a fractional variant.
  • the electrical conductors form a fractional winding, in particular with a shortened pitch.
  • the winding can be wavy.
  • the electrical conductors can be placed in series in a so-called corrugated winding.
  • corrugated winding is understood to mean a winding in which the electrical conductors of the same phase and of the same pole are electrically connected to one another so that, for a winding path, the electric current of the phase circulates in the electrical conductors rotating around the axis of rotation of the machine, always in one direction.
  • the electrical conductors of the same phase and the same pole do not overlap when viewed perpendicular to the axis of rotation of the machine.
  • the winding may have a single winding path or several winding paths.
  • the current circulates of the same phase by way of winding.
  • the term “winding path” is understood to mean all the electrical conductors of the machine which are traversed by the same electric current of the same phase.
  • These electrical conductors can be connected to each other in series or in parallel or in series-parallel. In the case where there is only one channel, the electrical conductors are connected in series. In the case where there are several channels, the electrical conductors of each channel are connected in series, and the channels are connected in parallel. The electrical conductors can thus form a distributed coil.
  • the winding may not be focused or wound onto tooth.
  • the stator has a concentrated winding.
  • the stator may include teeth and coils arranged on the teeth.
  • the stator can thus be wound on teeth, in other words with an undistributed winding.
  • the teeth of the stator may include pole shoes.
  • the stator teeth are devoid of pole shoes.
  • the stator may include an outer casing surrounding the yoke.
  • the teeth of the stator can be made with a stack of magnetic sheets, each covered with an insulating varnish, in order to limit losses by induced currents.
  • the subject of the invention is also, independently or in combination with the above, a method of manufacturing a rotor according to the invention, comprising the following steps:
  • the assembly of a rotor according to the invention can be done with conventional assembly methods.
  • Such a rotor adapts to existing machines to perform the assembly.
  • step (a) of providing a shaft may be preceded by a step of machining the shaft to form at least one cylindrical area.
  • the shaft can be forged.
  • it could be a prismatic tree.
  • Solids can be formed during forging and cylindrical areas can be formed during machining. Alternatively, solids can be formed during machining and cylindrical areas can be formed during forging.
  • Sheets can be punched and stacked to form a sheet bundle in a single step. For example, these two operations can be performed automatically by the same machine. Brief description of the drawings
  • FIG. 1 is a view in cross section, schematic and partial of a rotor produced in accordance with the invention
  • Figure 2 is a detail view of the rotor of Figure 1
  • Figure 3 is a schematic and perspective view of a detail of the rotor of the Figure 1
  • Figure 4 is a view similar to Figure 3 illustrating the insertion of the rotor mass on the shaft
  • Figure 5a is a view similar to Figure 2 of an alternative embodiment
  • Figure 5b is a view similar to FIG. 2 of an alternative embodiment
  • FIG. 5c is a view similar to FIG. 2 of an alternative embodiment
  • FIG. 5d is a view similar to FIG.
  • FIG. 5e is a view similar to Figure 2 of an alternative embodiment
  • Figure 5f is a view similar to the a FIG. 2 of an alternative embodiment
  • FIG. 6a is a view similar to FIG. 1 of an alternative embodiment
  • FIG. 6b is a view similar to FIG. 1 of an alternative embodiment
  • FIG. 6c is a view similar to Figure 1 of an alternative embodiment
  • Figure 7a is a schematic view of an alternating sheet of a rotor according to the invention
  • Figure 7b is a view similar to Figure 7a of a variant embodiment
  • FIG. 7b is a view similar to FIG. 7a of an alternative embodiment
  • FIG. 8 is a view of a tongue superimposed with a flat area, before the insertion of the rotor mass on the shaft .
  • FIG. 1 and 2 there is illustrated in Figures 1 and 2 an inner rotor 1 of a rotating electrical machine, the machine also comprising an outer stator not shown.
  • the stator makes it possible to generate a rotating magnetic field for driving the rotating rotor 1, in the frame of a synchronous motor, and in the case of an alternator, the rotation of the rotor induces an electromotive force in the stator windings.
  • the rotor 1 shown in FIG. 1 comprises a rotor magnetic mass 3 extending axially along the axis of rotation X of the rotor, this rotor mass being for example formed by a bundle of magnetic sheets stacked along the X axis, the sheets being for example identical and superimposed exactly. They can be held together by clipping, rivets, tie rods, welds or any other technique.
  • the magnetic sheets are preferably made of magnetic steel. All grades of magnetic steel can be used.
  • the rotor mass 3 has a central bore for mounting on a shaft 5.
  • the shaft can, in the example under consideration, be made of a non-magnetic material, for example non-magnetic stainless steel or aluminum, or on the contrary be magnetic.
  • the shaft 5 has flat areas 21 and cylindrical areas 22.
  • the shaft 5 has a substantially square cross section. The vertices of the square are machined to form the cylindrical zones 22.
  • the rotor mass 3 comprises tabs 20 undergoing a plastic deformation during the insertion of the rotor mass 3 on the shaft 5.
  • the plate of the rotor mass 3 shown in FIG. 1 comprises two pairs of tabs 20 arranged symmetrically with respect to to the axis of rotation X of the rotor. Each pair of tabs 20 cooperates with a flat area 21.
  • the shaft 5 has two flat areas 21 which does not cooperate with any tab.
  • the rotor mass has recesses 23 which make it possible to circulate a cooling fluid.
  • Figure 3 illustrates part of the rotor mass 3 which is inserted on a shaft 5.
  • the rotor mass 3 is composed of a stack of sheets. In the example shown, every second sheet has a tab 20 visible in the figure. The tongues 20 of each pair bear against the flat 21. The cylindrical zones 22 are in contact with the rotor mass 3.
  • the shaft 5 has a shoulder 32. This shoulder 32 facilitates the insertion of the rotor mass 3 on the shaft 5.
  • Figure 4 is a schematic representation of part of the rotor mass 3 at the time of insertion on the shaft 5.
  • the shaft 5 has two areas, one area 25 located at a distal end and an area 26 which comprises a flat area.
  • the diameter of the shaft 5 in zone 25 is less than that in zone 26.
  • a flat 21 cooperates with a tongue 20 having the shape of T.
  • the tongue 20 is centered on the flat 21.
  • the transverse bar 201 of the T of the tongue 20 bears against solid 21.
  • a flat area 21 cooperates with a pair of tabs 20.
  • Each tab 20 having first 20a and second 20b lateral edges.
  • the first and second side edges 20a, 20b are curved. In the example shown, the radius of curvature of the first side edge 20a is less than the radius of curvature of the second side edge 20b.
  • a flat area 21 cooperates with a pair of tabs 20.
  • the tabs 20 are substantially rectangular.
  • the two tongues 20 of the pair are connected by an edge 30 parallel to the flat 21.
  • a solid 21 cooperates with a triplet of tabs 20.
  • the tabs 20 are substantially rectangular.
  • Each tab 20 of the triplet is connected to the adjacent tab by an edge 30 parallel to the flat 21.
  • a flat 21 cooperates with a pair of tabs 20.
  • the tabs 20 are substantially rectangular.
  • the recess 31 formed in the sheet between the two tongues of the pair is substantially U-shaped.
  • a flat 21 cooperates with a pair of tabs 20.
  • the tabs 20 together have a C shape.
  • the shaft 5 has a substantially square cross section.
  • the vertices are rounded to form the zones cylindrical 22.
  • the sides constitute the flats 21.
  • the shaft 5 therefore has four flats 21.
  • the sheet of the rotor mass 3 shown has four identical tabs 20.
  • Each tab 20 has a T shape.
  • Each tab 20 cooperates with a flat area 21.
  • the shaft 5 has a substantially pentagonal cross section.
  • the tops are rounded to form the cylindrical zones 22.
  • the sides form the flat areas 21.
  • the shaft 5 therefore comprises five flat areas 21.
  • the sheet of the rotor mass 3 shown comprises a tab 20 having a general T-shape, three pairs of tongues 20 each having a different shape from those presented above and a triplet of substantially rectangular tongues 20.
  • Each flat 21 therefore cooperates with either a tongue or a set of tongues (pair or triplet) different from that with which the adjacent flat cooperates.
  • the shaft 5 has a substantially square cross section.
  • the tops are rounded to form the cylindrical zones 22.
  • the sides constitute the flat areas 21.
  • the shaft 5 therefore comprises four flat areas 21.
  • the sheet of the rotor mass 3 shown comprises four identical triplets of tabs 20. All the tabs 20 are identical. .
  • the tongues 20 all have a substantially rectangular shape. Each tab triplet 20 cooperates with a flat 21. For each triplet, the central tab is centered on the flat 21 and the other two tabs are arranged on either side.
  • FIGS 7a, 7b and 7c There is shown in Figures 7a, 7b and 7c a set 24 of sheets.
  • This assembly 24 is composed of sheets 241 which have tabs and sheets 240 which do not.
  • the alternation between the two types of sheets is generally regular 24.
  • a sheet 240 without a tongue 20 between two sheets 241 comprising at least one tongue 20 there is a sheet 240 without a tongue 20 between two sheets 241 comprising at least one tongue 20.
  • a sheet 240 without a tongue is framed by two sheets which include it. .
  • the sheets located at the ends of the assembly 24 have tabs.
  • FIG. 7b there are two sheets 240 without tab 20 between two sheets 241 comprising at least one tab 20.
  • two sheets 240 without a tongue are framed by two sheets which include it.
  • the sheets located at the ends of the assembly 24 include tabs.
  • FIG. 7c there are two sheets 240 without a tongue 20 between two sheets 241 comprising at least one tongue 20.
  • two sheets 240 without a tongue are framed by two pairs of sheets which include.
  • a sheet 241 comprising a tongue may be adjacent to another sheet 241 comprising a tongue.
  • the sheets located at the ends of the assembly 24 have tabs. The examples of alternating sheets presented above make it possible to leave sufficient space for the tabs 20 to be able to deform axially.
  • FIG. 8 shows a tongue 20 in superposition with a flat area 21 observed along the axis of rotation X of the rotor.
  • the tongue 20 protrudes from the flat area 21 by a distance d between d min and d max .
  • d is of the order of 0.5 mm.
  • this choice of length d takes into account the manufacturing tolerances of the shaft t a and those of the cutting of the sheets t t . Thus, even taking into account these tolerances, cooperation between the tongue 20 and the flat 21 can be ensured.

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Abstract

Rotor (1) de machine électrique, tournant autour d'un axe de rotation (X), le rotor comportant : un arbre (5) disposé sur l'axe de rotation (X) ayant une surface extérieure, la surface extérieure présentant au moins un aplat (21) et au moins une zone cylindrique (22), une masse rotorique (3) s'étendant selon l'axe de rotation (X) et disposée autour de l'arbre (5), comportant au moins une languette (20) coopérant avec l'aplat (21) de l'arbre (5), ladite au moins une languette (20) subissant une déformation plastique lors de l'insertion de la masse rotorique (3) sur l'arbre (5).

Description

Description
Titre : Rotor de machine électrique tournante
La présente invention revendique la priorité de la demande française 1914675 déposée le 17 décembre 2019 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
La présente invention concerne le domaine des machines électriques tournantes et plus particulièrement les rotors de telles machines. L’invention s’intéresse notamment au montage du rotor sur un arbre de la machine, et en particulier à la liaison entre G arbre et une masse rotorique du rotor.
Domaine technique
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.
Technique antérieure
Il est connu de réaliser un rotor comportant une liaison entre l’arbre et le reste du rotor. Dans EP 2 549 624, cette liaison comporte une déformation radiale de dents.
Dans JP2006217770, la surface extérieure de l’arbre est dépourvue d’aplat.
Dans FR3068184, l’arbre du rotor est cylindrique.
Cependant, dans le cas de machines destinées à tourner à des vitesses de rotation élevées, il existe un risque que la masse rotorique du rotor ne s’étire sous l’effet de la vitesse, phénomène également nommé dilatation centrifuge. Dans le cas où la masse rotorique est fixée par serrage sur l’arbre de la machine, il faut alors augmenter le serrage, afin de garantir une pression de contact suffisante à haute vitesse. Des efforts d’emmanchement trop élevés peuvent dans certains cas conduire à une déformation de l’arbre, et une déformation des tôles hors plan peut se manifester par des déformations axiales irrégulières de la masse rotorique. On peut également avoir des interférences électromagnétiques plus importantes, et un risque plus important de détachement brutal, en cas de couple trop élevé ou de chocs.
Il existe donc un besoin pour bénéficier d’un rotor de machine électrique tournante permettant une mise en place aisée et moins coûteuse, et une utilisation plus simple et plus sûre.
Résumé de l’invention
L’invention vise à répondre à ce besoin et elle y parvient, selon l’un de ses aspects, grâce à un rotor de machine électrique, tournant autour d’un axe de rotation X, le rotor comportant :
- un arbre disposé sur l’axe de rotation ayant une surface extérieure, la surface extérieure présentant au moins un aplat et au moins une zone cylindrique,
- une masse rotorique s’étendant selon l’axe de rotation et disposée autour de l’arbre, comportant au moins une languette coopérant avec l’aplat de l’arbre, ladite au moins une languette subissant une déformation plastique lors de l’insertion de la masse rotorique sur l’arbre.
Par « aplat », on désigne une zone aplatie de la surface extérieure de l’arbre, c’est-à-dire une zone dont la courbure est moins accentuée que la surface extérieure d’un arbre cylindrique. On ne sort pas du cadre de l’invention si l’aplat comporte des reliefs. L’existence de tels reliefs peut être indépendante ou non de la coopération entre les aplats et les languettes. Des rainures comportant notamment deux bords latéraux et un fond, ne sont pas considérées comme des aplats au sens de cette définition. Un aplat au sens de l’invention n’est pas une rainure.
L'invention a également pour objet un rotor de machine électrique, tournant autour d’un axe de rotation, le rotor comportant :
- un arbre disposé sur l’axe de rotation ayant une surface extérieure, la surface extérieure présentant au moins un aplat, qui n'est pas une rainure, et au moins une zone cylindrique,
- une masse rotorique s’étendant selon l’axe de rotation et disposée autour de l’arbre, comportant au moins une languette coopérant avec l’aplat de l’arbre, ladite au moins une languette subissant une déformation plastique lors de l’insertion de la masse rotorique sur l’arbre. Le ou les aplats de l’arbre peuvent être en contact avec la ou les languettes de la masse rotorique, sans être en contact avec le reste de la masse rotorique. Les aplats n’ont pas besoin d’être fabriqués précisément puisque la ou les languettes permettent de maintenir un contact entre la masse rotorique et l’arbre. Le coût de production de ce rotor est donc faible.
Les zones cylindriques permettent notamment le centrage de la masse rotorique sur l’arbre.
La configuration du rotor selon l’invention ne modifie pas les performances électromagnétiques de la machine électrique qui comporte le rotor.
La ou les languettes peuvent ne pas être en contact latéral avec l'arbre. Ceci offre une plus grande tolérance d'alignement entre l'arbre et la masse rotorique et ainsi facilite l'insertion de la masse rotorique sur l'arbre.
Exposé de l’invention
Dans un mode de réalisation, les languettes peuvent se déformer hors d’un plan perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor. L’angle de déformation, c’est-à-dire l’angle entre un plan de la languette et un plan perpendiculaire à l’axe de rotation, est compris entre 0° et 25°, plus préférentiellement entre 1° et 15°, mieux entre 1° et 5°.
Pour l’essentiel, la languette se déforme sensiblement axialement, notamment axialement, et ne se déforme pas circonférentiellement, ni radialement.
Dans un mode de réalisation, la ou les languettes peuvent subir en plus de la déformation plastique une déformation élastique. Une première déformation élastique de la ou des languettes peut avoir lieu avant leur déformation plastique lors de l’insertion de la masse rotorique sur l’arbre. Une telle déformation élastique facilite ainsi l’insertion.
La déformation élastique permet de maintenir en contact les languettes avec les aplats de l’arbre. Le contact peut être maintenu même lorsque le rotor tourne à des vitesses élevées. Grâce à cette déformation plastique, la ou les languettes vont s’ajuster naturellement pour ne pas laisser de jeu entre les languettes et l’aplat avec lequel elles coopèrent.
Lorsque le rotor tourne à des vitesses peu élevées, par exemple en dessous de 10 00 tours/min, le couple est transmis par les zones cylindriques qui entraînent alors en rotation la masse rotorique.
En revanche, à vitesse élevée, par exemple au-delà de 10 000 tours/min , les forces centrifuges du rotor réduisent les forces de pression sur les surfaces cylindriques qui peuvent alors ne plus être en contact avec la masse rotorique. Le contact entre la masse rotorique et l’arbre peut alors être assuré par les languettes qui, grâce à leur déformation élastique, s’ajustent pour rester en contact avec l’aplat avec lequel elle coopère. À haute vitesse les languettes, en association avec les aplats, participent donc également à la transmission du couple.
La ou les languettes participent à l’entraînement en rotation de la masse rotorique par l’arbre ou de l’arbre par la masse rotorique. La coopération entre la ou les languettes et les aplats permet de rendre l’arbre et la masse rotorique solidaires en rotation. La déformation plastique des languettes permet l’existence d’une précontrainte dans les moyens de transmission de couple, laquelle favorise la solidité de la liaison entre l’arbre et la masse rotorique. On évite ainsi le risque de détachement brutal, même en cas de couple élevé. La ou les languettes peuvent se déformer lors de l’utilisation du rotor, mais sans induire de jeu avec l’arbre. On assure une transmission de couple très efficace quelle que soit la vitesse de rotation, sans précontraintes excessives sur la masse rotorique.
La mise en œuvre de l’invention permet d’éviter d’avoir besoin de dimensionnements très précis et d’un usinage de grande précision, grâce à une déformation importante des languettes au-delà de la limite élastique. L’absence de jeu entre la masse rotorique et l’arbre permet néanmoins les inversions de couple nécessaires. Le coût de fabrication en est donc diminué. Un dimensionnement judicieux permet de garantir la transmission du couple, tout en limitant l’effort de montage.
En particulier, le montage est facilité car un alignement très précis entre les languettes de la masse rotorique et les aplats de l’arbre n’est pas nécessaire.
La ou les languettes sont formées sur la masse rotorique. Cette configuration est avantageuse notamment quand la masse rotorique peut se déformer plus facilement que l’arbre, dans la mesure où la languette subit une déformation plastique. C’est par exemple le cas lorsque la masse rotorique est formée d’un empilement de tôles. La languette est de préférence formée dans un alésage central de la masse rotorique destiné à recevoir l’arbre du rotor. La déformation de la ou des languettes peut être favorisée par le feuilletage de la masse rotorique, chaque tôle de la masse rotorique pouvant se déformer indépendamment de ses voisines.
La ou les zones plates et la ou les languettes peuvent être configurées de manière à permettre une transmission de couple dans les deux sens, quel que soit le sens de rotation du rotor, aussi bien avec un couple positif, en cas d’accélération, qu’avec un couple négatif, en cas de freinage.
Aplat
L’arbre peut comporter un ou plusieurs aplats. En particulier il peut comporter par exemple un, deux, trois, quatre ou cinq aplats.
Dans un mode de réalisation, l’arbre peut comporter un nombre pair d’aplat. Les aplats sont par exemple disposés symétriquement par rapport à un plan contenant l’axe de rotation du rotor.
Dans un mode de réalisation, la portion angulaire à la surface extérieure de l’arbre occupée par chaque aplat peut être comprise entre 5 % et 50 %, de préférence entre 10 % et 35%, mieux de l’ordre de 20 % de la circonférence de l’arbre.
Dans un mode de réalisation, les portions angulaires de tous les aplats sont égales. Dans un autre mode de réalisation, chaque aplat présente une portion angulaire différente d’un autre aplat.
La portion angulaire à la surface extérieure de l’arbre occupée par la totalité des aplats peut être comprise entre 10 % et 99%, de préférence entre 20 % et 80%, mieux de l’ordre de 60 % de la circonférence de l’arbre.
La portion angulaire à la surface extérieure de l’arbre occupée par chaque zone cylindrique peut être comprise entre 2 % et 50%, de préférence entre 4 % et 35%, mieux de l’ordre de 6 % de la circonférence de l’arbre.
La portion angulaire à la surface extérieure de l’arbre occupée par la totalité des zones cylindriques peut être comprise entre 4 % et 99%, de préférence entre 8 % et 40%, mieux de l’ordre de 25 % de la circonférence de l’arbre.
Languette
Dans un mode de réalisation, au moins une languette peut présenter un premier et un deuxième bord latéral. Les premier et deuxième bord latéraux peuvent être courbés, ayant notamment chacun des rayons de courbure différents.
Les languettes peuvent avoir une largeur 1 comprise entre 1 mm et 20 mm, de préférence entre 1,5 mm et 4 mm, plus préférentiellement entre 2 mm et 4 mm, mieux de l’ordre de 2,2 mm.
Dans un mode de réalisation, le premier bord latéral présente un rayon de courbure supérieur à celui du deuxième bord latéral. Par exemple, le rayon de courbure du premier bord latéral est entre 1,5 et 10 fois plus grand que le rayon de courbure du deuxième bord latéral, mieux entre 3 et 7 fois, encore mieux 5 fois plus grand que le rayon de courbure du deuxième bord latéral.
Le bord latéral qui présente un rayon de courbure plus petit peut subir moins de déformation lors de l’insertion de la masse rotorique sur l’arbre. Lorsqu’on observe la languette suivant l’axe radial de la machine, on observe une inclinaison de la languette par rapport au plan de la tôle portant la languette. L’angle d’inclinaison b du bord latéral de rayon de courbure le plus faible par rapport au plan de tôle est compris entre 0.5 0 et 15°, de préférence entre 0.5° et 3°, mieux de l’ordre de 2.5°. La présence d’une telle inclinaison augmente la résistance mécanique de la languette.
Dans un autre mode de réalisation, les deux bords latéraux présentent le même rayon de courbure.
Dans un mode de réalisation, au moins une languette peut présenter une forme générale de T. De préférence, chaque languette présentant une forme générale de T coopère seule avec un aplat. La languette peut par exemple être disposée de telle sorte que sa ligne médiane est perpendiculaire au plan de l’aplat lorsqu’ observée en section transversale. La barre transversale du T est par exemple en appui sur l’aplat. De préférence, les languettes ayant une forme générale de T peuvent être centrées sur l’aplat.
Dans un mode de réalisation, au moins une languette comporte deux bords latéraux parallèles. Au niveau de l’aplat, les bords latéraux sont reliés par un bord qui est parallèle à l’aplat. Dans ce mode de réalisation, la ou les languettes ont une forme sensiblement rectangulaire.
Dans un mode de réalisation, au moins une languette peut présenter une forme générale de C.
Une même tôle peut comporter des languettes de formes différentes. Par exemple, une même tôle peut comporter une languette en forme générale de T qui coopère avec un aplat et une paire de languette ayant des bords latéraux présentant des rayons de courbures distincts qui coopère avec un autre aplat symétrique du premier par rapport à l’axe du rotor.
Chaque aplat peut coopérer avec une, deux ou trois languettes. En variante, chaque aplat peut coopérer avec plus de trois languettes, par exemple avec quatre ou cinq languettes. Par exemple, chaque aplat peut coopérer avec une paire de languettes. On entend par « paire de languettes » deux languettes disposées côte à côte et qui coopèrent avec un même aplat.
En variante, chaque aplat peut coopérer avec un triplet de languettes. On entend par « triplet de languettes » trois languettes disposées côte à côte et qui coopèrent avec un même aplat.
Les languettes d’une même paire ou d’un même triplet peuvent être toutes identiques. En variante, les languettes d’une même paire ou d’un même triplet peuvent être différentes.
Les languettes, paire ou triplet de languettes peuvent être disposées symétriquement par rapport à un plan contenant l’axe de rotation du rotor. En variante, les languettes, paire ou triplet de languettes peuvent ne pas être disposées symétriquement par rapport à l’axe de rotation du rotor.
Les languettes, lorsque le rotor est observé en section transversale, peuvent être équiréparties autour de l’axe de rotation du rotor. En variante, elles peuvent ne pas être équiréparties.
Les paires ou triplets de languettes, lorsque le rotor est observé en section transversale, peuvent être équiréparties autour de l’axe de rotation du rotor. En variante, ils peuvent ne pas être équiréparties.
Dans un mode de réalisation, lorsque le rotor est observé en section transversale, chaque aplat peut coopérer avec une seule languette, par exemple une languette en forme de T. Dans un mode de réalisation, l’arbre peut comporter deux aplats et deux languettes, chaque aplat coopérant avec une languette. En variante encore, l’arbre peut comporter trois aplats et trois languettes, chaque aplat coopérant avec une languette. En variante encore, l’arbre peut comporter quatre aplats et quatre languettes, chaque aplat coopérant avec une languette.
En variante, l’arbre peut comporter quatre aplats et deux languettes, deux des aplats coopérant avec une languette. En variante, l’arbre peut comporter cinq aplats et cinq languettes, chaque aplat coopérant avec une languette.
La masse rotorique peut comporter deux paires de languettes en section transversale. L’arbre peut comporter deux aplats et deux paires de languettes, chaque aplat coopérant avec une paire de languettes. En variante, l’arbre peut comporter trois aplats et trois paires de languettes, chaque aplat coopérant avec une paire de languettes. En variante, l’arbre peut comporter quatre aplats et quatre paires de languettes, chaque aplat coopérant avec une paire de languettes. En variante, l’arbre peut comporter quatre aplats et deux paires de languettes, deux des aplats coopérant avec une paire de languettes.
En variante, l’arbre peut comporter deux aplats, une languette et une paire de languettes. Par exemple, la languette coopère avec un des deux aplats et la paire de languettes coopère avec l’autre.
En variante, les aplats de l’arbre peuvent coopérer chacun avec un nombre de languette différent et/ou avec des languettes ayant une forme différente de l’aplat adjacent.
Dans un mode de réalisation, l’arbre comporte cinq aplats qui coopèrent chacun avec une languette, une paire ou un triplet de languettes de forme différente.
Un aplat, lorsque le rotor est observé en section transversale, peut ne coopérer avec aucune languette.
Lorsqu’une languette seule coopère avec un aplat, la languette est de préférence centrée sur l’aplat. On entend par « centrée » le fait que la ligne médiane de la languette soit confondue avec la ligne médiane de l’aplat en section transversale.
En variante, elle peut être excentrée par rapport à la ligne médiane de l’aplat. Dans le mode de réalisation où un aplat coopère avec une paire de languettes, les languettes sont disposées de préférences de manière symétrique par rapport à la ligne médiane de l’aplat. Elles sont de préférences placées plus proche des bords de l’aplat que de sa ligne médiane. En variante, elles peuvent être placées plus proche de la ligne médiane que des bords latéraux de l’aplat. Dans un autre mode de réalisation, lorsqu’un aplat coopère avec un triplet de languettes, la languette centrale peut être centrée sur l’aplat et les deux autres languettes peuvent être disposées de part et d’autre.
Les languettes peuvent par exemple être disposées de telle sorte que leur ligne médiane est perpendiculaire au plan de l’aplat, lorsque le rotor est observé en section transversale.
Dans un mode de réalisation, les portions cylindriques peuvent présenter un épaulement à au moins une extrémité axiale. L’épaulement peut être formé par une portion de l’arbre ayant un diamètre inférieur au reste de l’arbre. Cet épaulement permet de faciliter l’insertion de la masse rotorique sur l’arbre. Cet épaulement peut comporter un chanfrein d’entrée. Le chanfrein peut s’étendre longitudinalement. Ce chanfrein permet de favoriser l’entrée de la languette lors de l’insertion de la masse rotorique sur l’arbre.
Dans un mode de réalisation, seules les portions cylindriques présentent un épaulement à une de leur extrémité axiale. Dans un autre mode de réalisation, les portions cylindriques et les aplats peuvent comporter un tel épaulement.
Refroidissement
Dans un mode de réalisation, un fluide de refroidissement peut circuler dans des évidements ménagés par les languettes dans l’alésage central de la masse rotorique.
Par exemple, l’évidemment ménagé par une paire de languette peut présenter une forme de lunule. Une telle forme d’évidemment permet de faire passer une quantité de liquide de refroidissement suffisante pour refroidir efficacement le rotor. Le liquide de refroidissement peut ainsi circuler plus facilement entre l’arbre et les paquets de tôles.
Le liquide de refroidissement peut être de l’huile. En variante, le liquide de refroidissement peut être de l’eau.
Tôles
Dans un mode de réalisation, la masse rotorique peut être formée d’un empilement de tôles, au plus 50%, plus préférentiellement au plus 40%, mieux au plus 30% des tôles comportant au moins une languette.
La masse rotorique peut être formée d’un empilement de tôles, notamment de tôles toutes sensiblement identiques, à savoir au moins identiques du côté de l’arbre. Les tôles sont magnétiques. Les tôles de la masse rotorique peuvent être toutes identiques du coté de leur coopération avec l’arbre. En particulier, la masse rotorique peut ne pas être massive. Les languettes peuvent être réalisées d’un seul tenant avec les tôles.
L’empilement de tôles de la masse rotorique peut comporter des tôles disposées dans un sens et des tôles retournées dans l’autre sens. Les tôles peuvent être retournées par paquets, l’empilement de tôles de la masse rotorique comportant une alternance de paquets de tôles disposées dans un sens et de paquets de tôles retournées dans l’autre sens. On obtient ainsi une répartition plus homogène des contraintes dans le rotor. Les performances de la machine en sont améliorées, notamment en termes de vibrations, de bruit, et d’ondulations de couple.
Dans un mode de réalisation, lorsque le rotor selon l’invention est observé dans un plan contenant l’axe de rotation, l’alternance entre les tôles de la masse rotorique comportant au moins une languette et celles en étant dépourvues, au niveau d’une languette, peut être régulière.
Dans un mode de réalisation, une ou plusieurs tôles dépourvues de languettes sont disposées entre deux tôles comportant au moins une languette. On peut disposer une tôle dépourvue de languette entre deux tôles comportant au moins une languette. En variante, on peut disposer une tôle comportant au moins une languette entre deux tôles dépourvues de languette. Par exemple, on peut disposer deux tôles dépourvues de languette entre deux tôles comportant au moins une languette.
En variante, les tôles comportant au moins une languette peuvent être adjacentes entre elles. Dans un mode de réalisation, on peut disposer deux tôles dépourvues de languette entre deux pairs de tôles comportant au moins une languette. Par exemple, deux tôles centrales dépourvues de languette sont entourées par deux paires de tôles qui en comportent et qui sont disposés de part et d’autre. En variante, deux tôles centrales peuvent comporter des languettes et deux paires de tôles qui en sont dépourvues sont disposés de part et d’autre.
Cette alternance de tôles comportant des languettes et de tôles qui en sont dépourvues permet aux languettes de se déformer hors du plan de tôle.
Une même masse rotorique peut être composée de paquets de tôles présentant chacun une alternance différente de tôle comportant au moins une languette et de tôles dépourvues de languettes. L’alternance des tôles peut ne pas être régulière lorsque l’on se déplace le long de l’axe de la machine. En variante, tous les paquets de tôles de la masse rotorique peuvent présenter la même alternance de tôle comportant au moins une languette et de tôles en étant dépourvues.
En variante, l’alternance entre les tôles de la masse rotorique comportant au moins une languette et celles en étant dépourvues peut-être irrégulière.
Pour reproduire cette alternance, on peut utiliser des tôles identiques comportant un nombre de languettes, paire ou triplet de languettes inférieur au nombre d’aplats sur l’arbre, les tôles étant tournées d’un angle sensiblement égal à 90° autour de l’axe de rotation du rotor par rapport à la tôle adjacente.
Dans un mode de réalisation, lorsqu’on observe, avant l’insertion de la masse rotorique sur l’arbre, une languette en superposition avec un aplat, la languette peut dépasser au-dessus de l’aplat au minimum d’une distance dmin supérieure à 0,1 mm, de préférence supérieure à 0,2 mm, mieux de l’ordre de 0,5 mm. Une telle valeur minimale permet de s’assurer que la languette est suffisamment longue pour ne pas s’éroder lors de l’insertion de la masse rotorique sur l’arbre.
Dans un mode de réalisation, lorsqu’on observe, avant l’insertion de la masse rotorique sur l’arbre, une languette en superposition avec un aplat, la languette peut dépasser au-dessus de l’aplat au maximum d’une distance dmax inférieure à 3 mm, de préférence inférieure à 1 mm, mieux de l’ordre de 0,5 mm. Une telle valeur maximale permet de s’assurer que la languette est suffisamment courte pour pouvoir se déformer lors de l’insertion.
La tolérance pour la découpe des tôles est par exemple de l’ordre de 0,07 mm.
La tolérance pour la fabrication de l’arbre est par exemple de l’ordre de 0,025 mm.
Rotor
Le rotor peut comporter des aimants permanents, avec notamment des aimants surfaciques ou enterrés. Le rotor peut être à concentration de flux. Il peut comporter une ou plusieurs couches d’aimants disposées en I, en U ou en V.
En variante, il peut s’agir d’un rotor bobiné ou à cage d’écureuil, ou d’un rotor à réluctance variable.
Le nombre de pôles P au rotor est par exemple compris entre 4 et 48, étant par exemple de 4, 6, 8, 10 ou 12.
Le diamètre du rotor peut être inférieur à 400 mm, mieux inférieur à 300 mm, et supérieur à 50 mm, mieux supérieur à 70 mm, étant par exemple compris entre 100 et 200 mm.
Les logements des aimants permanents peuvent être réalisées entièrement par découpage dans les tôles. Chaque tôle de l’empilement de tôles peut être monobloc.
Chaque tôle est par exemple découpée dans une feuille d’acier magnétique ou contenant de l’acier magnétique, par exemple de l’acier de 0,1 à 1,5 mm d’épaisseur. Les tôles peuvent être revêtues d’un vernis isolant électrique sur leurs faces opposées avant leur assemblage au sein de l’empilement. L’isolation électrique peut encore être obtenue par un traitement thermique des tôles, le cas échéant.
En variante, la masse rotorique peut être fabriquée à partir d’une poudre magnétique compactée ou agglomérée. La masse magnétique rotorique peut comporter des pôles saillants. Les pôles peuvent être d’un seul tenant avec le reste de la masse rotorique, ou rapportés sur celle-ci.
L’arbre peut être réalisé dans un matériau magnétique, ce qui permet avantageusement de diminuer le risque de saturation dans la masse rotorique et d’améliorer les performances électromagnétiques du rotor.
En variante, le rotor comporte un arbre amagnétique sur lequel est disposée la masse rotorique. L’arbre peut être réalisé au moins en partie dans un matériau de la liste suivante, qui n’est pas limitative : acier, inox, titane ou tout autre matériau amagnétique
La masse rotorique peut dans un mode de réalisation être disposée directement sur l’arbre amagnétique, par exemple sans jante intermédiaire. En variante, notamment dans le cas où l’arbre n’est pas amagnétique, le rotor peut comporter une jante entourant l’arbre du rotor et venant prendre appui sur ce dernier.
La masse rotorique peut comporter un ou plusieurs trous pour alléger le rotor, permettre son équilibrage ou pour l’assemblage des tôles rotoriques la constituant. Des trous peuvent permettre le passage de tirants maintenant solidaires entre elles les tôles.
Les tôles peuvent être découpées dans un outil à la suite les unes des autres. Elles peuvent être empilées et clipsées ou collées dans l’outil, en paquets complets ou sous- paquets. Les tôles peuvent être encliquetées les unes sur les autres. En variante, le paquet de tôles peut être empilé et soudé en dehors de l’outil.
La masse rotorique peut présenter un contour extérieur qui est circulaire ou multilobé, une forme multilobée pouvant être utile par exemple pour réduire les ondulations de couple ou les harmoniques de courant ou de tension.
Le rotor peut être monté en porte à faux ou non, par rapport aux roulements utilisés pour guider l’arbre.
Le rotor peut être réalisé en plusieurs tronçons alignés suivant la direction axiale, par exemple au moins deux tronçons. Chacun des tronçons peut être décalé angulairement par rapport aux morceaux adjacents (« step skew » en anglais).
Machine et stator
L’invention a encore pour objet une machine électrique tournante comportant un rotor selon l’invention et un stator. Le stator peut comporter des conducteurs électriques, au moins une partie de ces conducteurs électriques, voire une majorité de ces conducteurs électriques, étant en forme d’épingle en U ou en I.
La vitesse maximale de rotation de la machine peut être élevée, étant par exemple supérieure à 10 000 tr/min, mieux supérieure à 12000 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 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.
La machine peut comporter un seul rotor intérieur ou, en variante, un rotor intérieur et un rotor extérieur, disposés radialement de part et d’autre du stator et accouplés en rotation.
La machine peut être insérée seule dans un carter ou insérée dans un carter de boite de vitesse. Dans ce cas, elle est insérée dans un carter qui loge également une boîte de vitesse.
La machine comporte un stator. Ce dernier comporte des dents définissant entre elles des encoches. Le stator peut comporter des conducteurs électriques, au moins une partie des conducteurs électriques, voire une majorité des conducteurs électriques, pouvant être en forme d'épingle en U ou en I.
Les encoches peuvent être au moins partiellement fermée. Une encoche partiellement fermée permet de ménager une ouverture au niveau de l’entrefer, qui peut servir par exemple à la mise en place des conducteurs électriques pour le remplissage de l’encoche. Une encoche partiellement fermée est notamment ménagée entre deux dents qui comportent chacune des épanouissements polaires au niveau de leur extrémité libre, lesquels viennent fermer l’encoche au moins en partie.
En variante, les encoches peuvent être entièrement fermées. Par « encoche entièrement fermée », on désigne des encoches qui ne sont pas ouvertes radialement vers l’entrefer.
Dans un mode de réalisation, au moins une encoche, voire chaque encoche, peut être continûment fermée du côté de l’entrefer par un pont de matière venu d’un seul tenant avec les dents définissant l’encoche. Toutes les encoches peuvent être fermées du côté de l’entrefer par des ponts de matière fermant les encoches. Les ponts de matière peuvent être venus d’un seul tenant avec les dents définissant l’encoche. La masse statorique est alors dépourvue de découpe entre les dents et les ponts de matière fermant les encoches, et les encoches sont alors continûment fermées du côté de l’entrefer par les ponts de matière venus d’un seul tenant avec les dents définissant l’encoche.
En outre, les encoches peuvent également être fermées du côté opposé à l’entrefer par une culasse rapportée ou d’un seul tenant avec les dents. Les encoches ne sont alors pas ouvertes radialement vers l’extérieur. La masse statorique peut être dépourvue de découpe entre les dents et la culasse.
Dans un mode de réalisation, chacune des encoches est de contour continûment fermé. Par « continûment fermé », on entend que les encoches présentent un contour fermé continu lorsqu’elles sont observées en section transversale, prise perpendiculairement à l’axe de rotation de la machine. On peut faire le tour complet de l’encoche sans rencontrer de découpe dans la masse statorique.
La masse statorique peut être réalisée par empilement de tôles magnétiques, les encoches étant venues par découpage des tôles. La masse statorique peut en variante être réalisée par taillage dans une masse de poudre magnétique frittée ou agglomérée. La fermeture des encoches du côté de l’entrefer est obtenue par des ponts de matière venus d’un seul tenant avec le reste des tôles ou du bloc formant la masse statorique.
Le stator peut être dépourvu de cales magnétiques rapportées de fermeture des encoches. On élimine ainsi le risque de détachement accidentel de ces cales.
Le stator peut comporter des bobines disposées de manière répartie dans les encoches, ayant notamment des conducteurs électriques disposés de manière rangée dans les encoches. Par « réparti », on entend qu’au moins l’une des bobines passe successivement dans deux encoches non adjacentes.
Les conducteurs électriques peuvent ne pas être disposés dans les encoches en vrac mais de manière ordonnée. Ils sont empilés dans les encoches de manière non aléatoire, étant par exemple disposés en rangées de conducteurs électriques alignés. L’empilement des conducteurs électriques est par exemple un empilement selon un réseau hexagonal dans le cas de conducteurs électriques de section transversale circulaire.
Le stator peut comporter des conducteurs électriques logés dans les encoches. Des conducteurs électriques au moins, voir une majorité des conducteurs électriques, peuvent être en forme d'épingles, de U ou de I. L’épingle peut être en forme de U (« U-pin » en anglais) ou droite, étant en forme de I (« I-pin » en anglais). Dans l’invention, chaque conducteur électrique peut comporter un ou plusieurs brins (« wire » ou « strand » en anglais). Par « brin », on entend l’unité la plus élémentaire pour la conduction électrique. Un brin peut être de section transversale ronde, on peut alors parler de ‘fil’, ou en méplat. Les brins en méplat peuvent être mis en forme en épingles, par exemple en U ou en I. Chaque brin est revêtu d’un émail isolant.
Les conducteurs électriques peuvent former un bobinage unique, notamment entier ou fractionnaire. Par « bobinage unique », on entend que les conducteurs électriques sont reliés électriquement ensemble dans le stator, et que les connexions entre les phases sont faites dans le stator, et non pas à l’extérieur du stator, par exemple dans une boite à bornes. Un bobinage est constitué d’un nombre de phases m décalées dans l’espace de telle façon que lorsqu’elles sont alimentées par un système de courant multi-phasé, elles produisent un champ tournant. Le bobinage peut être entier ou fractionnaire. Le bobinage peut être entier à pas avec ou sans raccourcissement, ou en variante fractionnaire. Dans un mode de réalisation, les conducteurs électriques forment un bobinage fractionnaire, notamment à pas raccourci.
Le bobinage peut être ondulé. La mise en série des conducteurs électriques peut être faite en bobinage dit ondulé. Par « bobinage ondulé », on entend un bobinage dans lequel les conducteurs électriques d’une même phase et d’un même pôle sont reliés électriquement l’un à l’autre de façon que, pour une voie d’enroulement, le courant électrique de la phase circule dans les conducteurs électriques en tournant autour de l’axe de rotation de la machine toujours dans un seul sens. Pour une voie d’enroulement, les conducteurs électriques d’une même phase et d’un même pôle ne se chevauchent pas lorsqu’ observés perpendiculairement à l’axe de rotation de la machine.
Le bobinage peut comporter une seule voie d’enroulement ou plusieurs voies d’enroulement. Dans un « conducteur électrique », le courant circule d’une même phase par voie d’enroulement. Par « voie d’enroulement », on entend l’ensemble des conducteurs électriques de la machine qui sont parcourus par un même courant électrique d’une même phase. Ces conducteurs électriques peuvent être connectés entre eux en série ou en parallèle ou en série-parallèle. Dans le cas où on a une seule voie, les conducteurs électriques sont connectés en série. Dans le cas où on a plusieurs voies, les conducteurs électriques de chaque voie sont connectés en série, et les voies sont connectées en parallèle. Les conducteurs électriques peuvent ainsi former un bobinage distribué. Le bobinage peut ne pas être concentré ou bobiné sur dent.
Dans une variante de réalisation, le stator est à bobinage concentré. Le stator peut comporter des dents et des bobines disposées sur les dents. Le stator peut ainsi être bobiné sur dents, autrement dit à bobinage non réparti.
Les dents du stator peuvent comporter des épanouissements polaires. En variante, les dents du stator sont dépourvues d’épanouissements polaires.
Le stator peut comporter une carcasse extérieure entourant la culasse.
Les dents du stator peuvent être réalisées avec un empilage de tôles magnétiques, recouvertes chacune d’un vernis isolant, afin de limiter les pertes par courants induits.
Procédé de fabrication
L’invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un procédé de fabrication d’un rotor selon l’invention, comportant les étapes suivantes :
(a) fournir un arbre de rotor dont la surface extérieure présente au moins un aplat et au moins une zone cylindrique, et une masse rotorique comportant au moins une languette,
(b) monter la masse rotorique sur l’arbre du rotor, par insertion de la masse rotorique sur l’arbre, ladite au moins une languette subissant une déformation plastique provoquée par les aplats.
L’assemblage d’un rotor selon l’invention peut se faire avec les méthodes classiques d’assemblage. Un tel rotor s’adapte aux machines existantes pour réaliser l’assemblage.
Dans un mode de réalisation, l’étape (a) de fourniture d’un arbre peut être précédée d’une étape d’usinage de l’arbre pour former au moins une zone cylindrique.
L’arbre peut être forgé. Par exemple, il peut s’agir d’un arbre prismatique. Les aplats peuvent être formés pendant le forgeage et les zones cylindrique peuvent être formées pendant l’usinage. En variante les aplats peuvent être formés pendant l’usinage et les zones cylindrique peuvent être formées pendant le forgeage.
Les tôles peuvent être poinçonnées et empilées pour former un paquet de tôle au cours d’une même étape. Par exemple, ces deux opérations peuvent être réalisées automatiquement par la même machine. Brève description des dessins
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel la figure 1 est une vue en coupe transversale, schématique et partielle d’un rotor réalisé conformément à l’invention, la figure 2 est une vue de détail du rotor de la figure 1, la figure 3 est une vue schématique et en perspective d’un détail du rotor de la figure 1, la figure 4 est une vue analogue à la figure 3 illustrant l’insertion de la masse rotorique sur l’arbre, la figure 5a est une vue analogue à la figure 2 d’une variante de réalisation, la figure 5b est une vue analogue à la figure 2 d’une variante de réalisation, la figure 5c est une vue analogue à la figure 2 d’une variante de réalisation, la figure 5d est une vue analogue à la figure 2 d’une variante de réalisation, la figure 5e est une vue analogue à la figure 2 d’une variante de réalisation, la figure 5f est une vue analogue à la figure 2 d’une variante de réalisation, la figure 6a est une vue analogue à la figure 1 d’une variante de réalisation, la figure 6b est une vue analogue à la figure 1 d’une variante de réalisation, la figure 6c est une vue analogue à la figure 1 d’une variante de réalisation, la figure 7a est une vue schématique d’une alternance de tôle d’un rotor selon l’invention, la figure 7b est une vue analogue à la figure 7a d’une variante de réalisation, la figure 7b est une vue analogue à la figure 7a d’une variante de réalisation, la figure 8 est une vue d’une languette en superposition avec un aplat, avant l’insertion de la masse rotorique sur l’arbre.
Description détaillée
On a illustré aux figures 1 et 2 un rotor intérieur 1 de machine électrique tournante, la machine comportant également un stator extérieur non représenté. Le stator permet de générer un champ magnétique tournant d’entraînement du rotor 1 en rotation, dans le cadre d’un moteur synchrone, et dans le cas d’un alternateur, la rotation du rotor induit une force électromotrice dans les bobinages du stator.
Le rotor 1 représenté à la figure 1 comporte une masse magnétique rotorique 3 s’étendant axialement selon l’axe de rotation X du rotor, cette masse rotorique étant par exemple formée par un paquet de tôles magnétiques empilées selon l’axe X, les tôles étant par exemple identiques et superposées exactement. Elles peuvent être maintenues entre elles par clipsage, par des rivets, par des tirants, des soudures ou toute autre technique. Les tôles magnétiques sont de préférence en acier magnétique. Toutes les nuances d’acier magnétique peuvent être utilisées.
La masse rotorique 3 comporte un alésage central pour le montage sur un arbre 5. L’arbre peut, dans l’exemple considéré, être réalisé dans un matériau amagnétique, par exemple en inox amagnétique ou en aluminium, ou au contraire être magnétique.
Conformément à l’invention, l’arbre 5 comporte des aplats 21 et des zones cylindriques 22. Dans l’exemple représenté à la figure 1, l’arbre 5 présente une section transversale sensiblement carrée. Les sommets du carré sont usinés afin de former les zones cylindriques 22.
La masse rotorique 3 comporte des languettes 20 subissant une déformation plastique lors de l’insertion de la masse rotorique 3 sur l’arbre 5. La tôle de la masse rotorique 3 représentée à la figure 1 comporte deux paires de languettes 20 disposées symétriquement par rapport à l’axe de rotation X du rotor. Chaque paire de languettes 20 coopère avec un aplat 21. L’arbre 5 comporte deux aplats 21 qui ne coopère avec aucune languette. La masse rotorique présente des évidements 23 qui permettent de faire circuler un fluide de refroidissement.
La figure 3 illustre une partie de la masse rotorique 3 qui est insérée sur un arbre 5. La masse rotorique 3 est composée d’un empilement de tôles. Sur l’exemple représenté, une tôle sur deux comporte une languette 20 visible sur la figure. Les languettes 20 de chaque paire sont en appui contre l’aplat 21. Les zones cylindriques 22 sont en contact avec la masse rotorique 3.
A une de ses extrémités axiale, l’arbre 5 comporte un épaulement 32. Cet épaulement 32 permet de faciliter l’insertion de la masse rotorique 3 sur l’arbre 5.
La figure 4 est une représentation schématique d’une partie de la masse rotorique 3 au moment de l’insertion sur l’arbre 5. L’arbre 5 comporte deux zones, une zone 25 située à une extrémité distale et une zone 26 qui comporte un aplat. Le diamètre de l’arbre 5 dans la zone 25 est inférieur à celui dans la zone 26. Lorsqu’une languette 20’ franchit la frontière entre la zone 25 et la zone 26, celle-ci est déformée hors du plan de tôle. La déformation est dû au fait qu’avant l’insertion de la masse rotorique sur l’arbre, une languette en superposition avec un aplat dépasse l’aplat. Le mouvement d’insertion permet donc d’appliquer une force axiale sur les languettes pour les déformer hors d’un plan perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor.
On va maintenant décrire plus en détail différentes formes possible pour une languette 20.
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 5a, un aplat 21 coopère avec une languette 20 présentant une forme de T. La languette 20 est centrée sur l’aplat 21. La barre transversale 201 du T de la languette 20 est en appui contre l’aplat 21.
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 5b, un aplat 21 coopère avec une paire de languette 20. Chaque languette 20 présentant des premier 20a et deuxième 20b bords latéraux. Les premier et deuxième bord latéraux 20a, 20b sont courbés. Dans l’exemple représenté, le rayon de courbure du premier bord latéral 20a est inférieur au rayon de courbure du deuxième bord 20b latéral.
Dans l’exemple représenté à la figure 5c, un aplat 21 coopère avec une paire de languettes 20. Les languettes 20 sont sensiblement rectangulaires. Les deux languettes 20 de la paire sont reliées par un bord 30 parallèle à l’aplat 21.
Dans l’exemple représenté à la figure 5d, un aplat 21 coopère avec un triplet de languettes 20. Les languettes 20 sont sensiblement rectangulaires. Chaque languette 20 du triplet est reliée à la languette adjacente par un bord 30 parallèle à l’aplat 21.
Dans l’exemple représenté à la figure 5e, un aplat 21 coopère avec une paire de languettes 20. Les languettes 20 sont sensiblement rectangulaires. L’évidement 31 formé dans la tôle entre les deux languettes de la paire présente sensiblement une forme de U.
Dans l’exemple représenté à la figure 5f, un aplat 21 coopère avec une paire de languettes 20. Les languettes 20 présentent à elles deux une forme de C.
On va maintenant décrire plus en détail différentes formes d’arbre coopérant avec différentes formes de languettes.
Dans le mode de réalisation représenté à la figure 6a, l’arbre 5 présente une section transversale sensiblement carrée. Les sommets sont arrondis pour former les zones cylindriques 22. Les côtés constituent les aplats 21. L’arbre 5 comporte donc quatre aplats 21. La tôle de la masse rotorique 3 représentée comporte quatre languettes 20 identiques. Chaque languette 20 présente une forme de T. Chaque languette 20 coopère avec un aplat 21.
Dans le mode de réalisation représenté à la figure 6b, l’arbre 5 présente une section transversale sensiblement pentagonale. Les sommets sont arrondis pour former les zones cylindriques 22. Les côtés forment les aplats 21. L’arbre 5 comporte donc cinq aplats 21. La tôle de la masse rotorique 3 représentée comporte une languette 20 présentant une forme générale en T, trois paires de languettes 20 présentant chacune une forme différente parmi celles présentées ci-dessus et un triplet de languettes 20 sensiblement rectangulaires. Chaque aplat 21 coopère donc avec soit une languette soit un ensemble de languettes (paire ou triplet) différent de celui avec lequel coopère l’aplat adjacent.
Dans le mode de réalisation représenté à la figure 6c, l’arbre 5 présente une section transversale sensiblement carrée. Les sommets sont arrondis pour former les zones cylindriques 22. Les côtés constituent les aplats 21. L’arbre 5 comporte donc quatre aplats 21. La tôle de la masse rotorique 3 représentée comporte quatre triplets identiques de languettes 20. Toutes les languettes 20 sont identiques. Les languettes 20 présentent toutes une forme sensiblement rectangulaire. Chaque triplet de languette 20 coopère avec un aplat 21. Pour chaque triplet, la languette centrale est centrée sur l’aplat 21 et les deux autres languettes sont disposées de part et d’autre.
On va maintenant décrire plus en détail différentes alternances possibles de tôles au niveau d’une languette.
On a représenté aux figures 7a, 7b et 7c un ensemble 24 de tôles. Cet ensemble 24 est composé de tôles 241 qui comportent des languettes et de tôles 240 qui en sont dépourvues. L’alternance entre les deux types de tôles est régulière dans l’ensemble 24.
Dans l’exemple représenté à la figure 7a, on dispose une tôle 240 dépourvue de languette 20 entre deux tôles 241 comportant au moins une languette 20. Dans l’ensemble 24, une tôle 240 dépourvue de languette est encadrée par deux tôles qui en comportent. Dans l’exemple représenté, les tôles situées aux extrémités de l’ensemble 24 comportent des languettes.
Dans l’exemple représenté à la figure 7b, on dispose deux tôles 240 dépourvues de languette 20 entre deux tôles 241 comportant au moins une languette 20. Dans l’ensemble 24, deux tôles 240 dépourvue de languette sont encadrées par deux tôles qui en comportent. Dans l’exemple représenté, les tôles situées aux extrémités de l’ensemble 24 comportent des languettes.
Dans l’exemple représenté à la figure 7c, on dispose deux tôles 240 dépourvues de languette 20 entre deux tôles 241 comportant au moins une languette 20. Dans l’ensemble 24, deux tôles 240 dépourvues de languette sont encadrées par deux paires de tôles qui en comportent. Dans cet exemple, une tôle 241 comportant une languette peut être adjacente à une autre tôle 241 comportant une languette. Dans l’exemple représenté, les tôles situées aux extrémités de l’ensemble 24 comportent des languettes. Les exemples d’alternances de tôles présentées ci-dessus permettent de laisser suffisamment d’espace pour que les languettes 20 puissent se déformer axialement.
On a représenté à la figure 8 une languette 20 en superposition avec un aplat 21 observé selon l’axe de rotation X du rotor. La languette 20 dépasse de l’aplat 21 d’une distance d comprise entre dmin et dmax. De préférence, d est de l’ordre de 0,5 mm. Une telle distance d permet de s’assurer que la languette est suffisamment longue pour ne pas s’éroder lors de l’insertion de la masse rotorique sur l’arbre et qu’elle est suffisamment courte pour pouvoir se déformer lors de l’insertion. De plus, ce choix de longueur d tient compte des tolérances de fabrication de l’arbre ta et celles de la découpe des tôles tt. Ainsi, même en prenant en compte ces tolérances, la coopération entre la languette 20 et l’aplat 21 peut être assurée.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d’être décrits.

Claims

Revendications
1. Rotor (1) de machine électrique, tournant autour d’un axe de rotation (X), le rotor comportant :
- un arbre (5) disposé sur l’axe de rotation (X) ayant une surface extérieure, la surface extérieure présentant au moins un aplat (21) et au moins une zone cylindrique (22),
- une masse rotorique (3) s’étendant selon l’axe de rotation (X) et disposée autour de l’arbre (5), comportant au moins une languette (20) coopérant avec l’aplat (21) de l’arbre (5), ladite au moins une languette (20) subissant une déformation plastique lors de l’insertion de la masse rotorique (3) sur l’arbre (5).
2. Rotor (1) de machine électrique, tournant autour d’un axe de rotation (X), le rotor comportant :
- un arbre (5) disposé sur l’axe de rotation (X) ayant une surface extérieure, la surface extérieure présentant au moins un aplat (21) et au moins une zone cylindrique (22),
- une masse rotorique (3) s’étendant selon l’axe de rotation (X) et disposée autour de l’arbre (5), comportant au moins une languette (20) coopérant avec l’aplat (21) de l’arbre (5), ladite au moins une languette (20) subissant une déformation plastique lors de l’insertion de la masse rotorique (3) sur l’arbre (5), la masse rotorique (23) étant formée d’un empilement de tôles, au plus 50% des tôles (241) comportant au moins une languette (20).
3. Rotor selon l'une des deux revendications précédentes, la ou les languettes se déformant sensiblement axialement et ne se déformant pas circonférentiellement ni radialement.
4. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, les languettes (20) se déformant hors d’un plan perpendiculaire à l’axe de rotation (X) du rotor (1).
5. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, la ou les languettes (20) subissant en plus de la déformation plastique une déformation élastique.
6. Rotor selon la revendication précédente, la portion angulaire à la surface extérieure de l’arbre (5) occupée par chaque aplat (21) étant comprise entre 5 % et 50%, de préférence entre 10 % et 35%, mieux de l’ordre de 20 % de la circonférence de l’arbre (5).
7. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, au moins une languette (20) présentant un premier (20a) et un deuxième (20b) bord latéral, les premier et deuxième bord latéraux (20a, 20b) étant courbés, ayant notamment chacun des rayons de courbure différents.
8. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, au moins une languette (20) présentant une forme générale de T.
9. Rotor selon la revendication précédente, les portions cylindriques (22) présentant un épaulement (32) à au moins une extrémité axiale.
10. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, un fluide de refroidissement circulant dans des évidements (23) ménagés par les languettes (20) dans l’alésage central de la masse rotorique (3).
11. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, la masse rotorique (23) étant formée d’un empilement de tôles, au plus 50%, plus préférentiellement au plus 40%, mieux au plus 30% des tôles (241) comportant au moins une languette (20).
12. Rotor selon la revendication précédente, lorsqu’ observée dans un plan contenant l’axe de rotation (X), l’alternance entre les tôles (241) de la masse rotorique (3) comportant au moins une languette (20) et celles (240) en étant dépourvues, au niveau d’une languette (20), étant régulière.
13. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, lorsqu’on observe, avant l’insertion de la masse rotorique (3) sur l’arbre (5), une languette (20) en superposition avec un aplat (21), la languette (20) dépasse au-dessus de l’aplat (21) au minimum d’une distance dmn supérieure à 0, 1 mm, de préférence supérieure à 0,2 mm, mieux de l’ordre de 0,5 mm, et dépasse au maximum d’une distance dmax inférieure à 3 mm, de préférence inférieure à 1 mm, mieux de l’ordre de 0,5 mm.
14. Machine électrique tournante comportant un rotor (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes et un stator.
15. Procédé de fabrication d’un rotor (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, comportant les étapes suivantes :
(a) fournir un arbre (5) de rotor dont la surface extérieure présente au moins un aplat (21) et au moins une zone cylindrique (22) et une masse rotorique (3) comportant au moins une languette (20),
(b) monter la masse rotorique (3) sur l’arbre (5) du rotor, par insertion de la masse rotorique (3) sur l’arbre (5), ladite au moins une languette (20) subissant une déformation plastique provoquée par les aplats (21).
16. Procédé de fabrication d’un rotor selon la revendication précédente, l’étape (a) de fourniture d’un arbre (5) étant précédée d’une étape d’usinage de l’arbre (5) pour former au moins une zone cylindrique (22).
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