WO2024084158A1 - Flasque de rotor de machine électrique - Google Patents

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WO2024084158A1
WO2024084158A1 PCT/FR2023/051598 FR2023051598W WO2024084158A1 WO 2024084158 A1 WO2024084158 A1 WO 2024084158A1 FR 2023051598 W FR2023051598 W FR 2023051598W WO 2024084158 A1 WO2024084158 A1 WO 2024084158A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
flange
cavities
axis
face
edge
Prior art date
Application number
PCT/FR2023/051598
Other languages
English (en)
Inventor
Laurent Pottier
Diana FANTUZ
Guillaume TARDY
Jean Baptiste ROUX
Ahlem DELEGUE
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
Publication of WO2024084158A1 publication Critical patent/WO2024084158A1/fr

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    • 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
    • H02K1/32—Rotating parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/02—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine
    • H02K9/04—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium
    • H02K9/06—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium with fans or impellers driven by the machine shaft

Definitions

  • the present invention relates to rotating electrical machines, and more particularly those cooled by circulation of a cooling fluid, in particular air, circulating at least partially around the rotor of the machine.
  • the invention relates more particularly to synchronous or asynchronous alternating current machines. It concerns in particular traction or propulsion machines for electric (Battery Electric Vehicle) and/or hybrid (Hybrid Electric Vehicle - Plug-in Hybrid Electric Vehicle) motor vehicles, such as individual 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.
  • Such electrical machines often have high temperature zones located near the stator coil heads and in the rotor of the electrical machine. Since the coil heads are in contact with the cooling fluid, the quality of their cooling depends on the internal forced convection of the cooling fluid in the electrical machine.
  • Application WO 2021/115806 relates to a flange comprising rectilinear fins on its exterior face, that is to say the face which is not turned towards the rotor mass.
  • Application CN 211266684 discloses a flange comprising rectilinear fins.
  • Applications KR 10-2018-0094446, CN 207459903 and EP 3 672 035 disclose flanges not comprising cavities delimited at least by a circumferential edge extending along the edge of the flange.
  • the invention aims to meet this need and it achieves this, according to one of its aspects, thanks to a rotor flange of an electric machine rotating around an axis of rotation rotor mass of the rotor, an exterior face opposite the interior face, a radially exterior edge extending between the interior face and the exterior face, and a central bore, the flange comprising:
  • each cavity being delimited at least by a circumferential border extending along the edge of the flange
  • Each cavity can be delimited at least partially by two fins and a circumferential border.
  • the thickness of the flange measured in the axial direction, between the interior and exterior faces, can be between 5 and 30 mm, better between 7 and 20 mm, even better between 10 and 15 mm, being for example of the order 9 mm or 13 mm.
  • the depth of a cavity measured in the axial direction, can be between 3 and 24 mm, better between 4 and 20 mm, even better between 5 and 15 mm, being for example of the order of 6.6 mm. Such a depth allows good mixing of the cooling fluid, which improves rotor cooling.
  • the depth of a cavity can increase when moving away from the axis of rotation X, in order to guide the air at the level of the coil heads. The depth of a cavity can thus be greater at the level of the edge of the flange.
  • a ratio between the depth of a cavity and the thickness of the flange can be between 5 and 95%, better between 10 and 90%, better between 20 and 85%, better between 30 and 80%, being for example l order of 50% or 75%.
  • the external diameter of the flange can be between 50 and 300 mm, better between 75 and 200 mm, even better between 100 and 150 mm, being for example of the order of 100 mm or 136 mm.
  • the width of a circumferential edge, measured in the radial direction, can be between 3 and 30 mm, better between 4 and 20 mm, better between 5 and 15 mm, being for example of the order of 6 mm or 10 mm or 12 mm.
  • the ratio between the width of a circumferential edge and the external diameter of the flange can be between 1 and 25%, better between 2 and 20%, better between 3 and 15%, better between 4 and 10%, being for example around 4.5% or 6%.
  • the circumferential edge can connect the radial ends closest to the edge of the flange of two consecutive fins.
  • the circumferential edge can connect the radial ends closest to the edge of the flange of two consecutive fins surrounding a cavity, so that said cavity is delimited over its entire periphery by the two fins and by the circumferential edge.
  • a line connecting an edge of a fin and the portion of a cavity closest to the interior face may not include a portion of plane contained in a plane perpendicular to the axis of rotation. In other words, there may not be any flat surface between the adjacent fin and cavity.
  • the fin can be placed at the edge of the cavity.
  • the flange may have no axially through opening other than the central bore.
  • At least one cavity, in particular half of the cavities, better still all the cavities can be devoid of through openings.
  • the cavities may have a solid bottom, devoid of an axially through opening.
  • the flange may include one or more axially through openings. The axially through opening(s) can for example be located at the bottom of each cavity.
  • These axially through openings can be located opposite housings intended to receive permanent magnets of the rotor mass.
  • the shape of the through openings can be substantially the same as that of the permanent magnet housings of the rotor mass when the rotor is observed along its axis of rotation X.
  • the rotor has two flanges, each located at one end of the rotor mass, and each flange has through openings to evacuate air from the rotor.
  • At least one cavity in particular half of the cavities, better still all the cavities, may include a circumferential border comprising a radial opening formed in the edge of the flange.
  • Such a radial opening thus provides a radial outlet for the air contained in the cavity.
  • the air can thus be directed out of the flange towards the areas of the electrical machine which need to be cooled, for example the stator coil heads of the electrical machine.
  • a length of the radial opening measured in a circumferential direction can be between 1 and 50 mm, better between 2 and 40 mm, better between 3 and 30 mm, better between 4 and 20 mm, even better between 5 and 10 mm, being for example of the order of 7.3 mm.
  • a length of the cavity into which the radial opening opens measured in a circumferential direction, can be between 5 and 500 mm, better between 10 and 200 mm, even better between 15 and 100 mm, even better between 20 and 80 mm , even better between 30 mm and 60 mm, being for example of the order of 37 mm.
  • the ratio between the length of the radial opening measured in a circumferential direction and the length of the cavity into which the radial opening measured in a circumferential direction opens can be between 2 and 30, better between 3 and 20, better between 4 and 10, for example of the order of 5.
  • the fact that the circumferential length of the radial opening is much less than the circumferential length of the cavity allows the formation of a bottleneck at the level of the radial opening. The speed of the air leaving through this radial opening is thus accelerated, which improves the cooling of the machine.
  • the reduced size of the radial opening(s) provided on the edge of the flange allows enough material to be left to simply balance the flange by removing material.
  • the depth of the radial opening may be less than the thickness of the circumferential border.
  • the portion of the radial opening closest to the interior face of the flange may be curved when observed in a radial direction.
  • the portion of the radial opening closest to the interior face of the flange may be rectilinear when observed in a radial direction.
  • a radial opening comprising a portion closest to the interior face of the curved flange makes it possible to improve resistance to centrifugation force.
  • the material constituting the flange is thus less stressed at high speeds and the cooling of the machine is thus improved.
  • the radial opening may have parallel lateral edges when the edge of the flange is observed in a radial direction.
  • the radial opening may have flared edges when the edge of the flange is observed in a radial direction.
  • the edges of the radial opening can flare towards the exterior face of the flange. Such a flared radial opening allows a wider flow of air to be ejected towards the coil heads.
  • the lateral edges of the radial opening can be parallel to a plane containing the axis of rotation X and passing through the radial end of the fin closest to the edge when observing the flange along the axis of rotation x.
  • the lateral edges of the radial opening can be inclined relative to a plane containing the axis of rotation X and passing through the radial end of the fin closest to the edge when observing the following flange the X axis of rotation.
  • the two side edges of the same radial opening can be parallel to each other.
  • the two side edges of the same radial opening may not be parallel to each other.
  • the two side edges of the same radial opening can have different inclinations with respect to a plane containing the axis of rotation X and passing through the radial end of the fin closest to the edge when the flange is observed along the axis of rotation X.
  • the lateral edges of a radial opening can be inclined relative to a plane containing the axis of rotation and passing through the radial end of the fin closest to the edge when observed the flange along the axis of rotation
  • At least one cavity in particular half of the cavities, better still all the cavities, may include a circumferential edge devoid of a radial opening provided in the edge of the flange.
  • At least one cavity in particular at least half of the cavities, better still all the cavities, may include a circumferential border with at least one portion of variable thickness.
  • the thickness of the circumferential border can be measured on the slice along the axis of rotation
  • At least one cavity in particular at least half of the cavities, better still all the cavities, can include a circumferential border with a constant thickness.
  • the flange may comprise an alternation of cavities comprising a circumferential border with a radial opening provided in the edge of the flange and cavities comprising a circumferential border of constant thickness.
  • the circumferential edge may be located on the exterior face of the flange.
  • the flange may comprise an alternation of cavities comprising a circumferential border with a portion of variable thickness and cavities comprising a circumferential border of constant thickness.
  • the fin can have a height measured along the constant axis of rotation
  • the fin can have a height measured along the variable axis of rotation X.
  • the fin can have a variable height over its entire length in a radial direction. It can for example vary in height by having a rounded, rectangular, triangular shape or any other shape when we observe the flange in section along a plane containing the axis of rotation X.
  • the height of the fin measured along the axis of rotation X may be less than or equal to the thickness of the circumferential edge measured along the axis of rotation along the axis of rotation flange in a radial direction with a height which can be between 1 mm and 10 mm, better between 3 mm and 5 mm.
  • Such a fin improves air circulation and offers an additional exchange surface.
  • the portion of the fin exceeding the circumferential edge along the axis of rotation X can extend over the entire length of the fin measured in a radial direction.
  • the portion of the fin exceeding the circumferential edge along the axis of rotation X can extend over only part of the length of the fin measured in a radial direction
  • the portion of the fin exceeding the circumferential edge along the axis of rotation X can extend to the edge of the flange.
  • the internal surface of at least one cavity may include at least one inflection point, better precisely an inflection point, when observed in section along a plane perpendicular to a radial axis extending between two consecutive cavities.
  • the angle of inclination between the internal surface of a cavity and a plane perpendicular to the axis of rotation can be variable.
  • the angle of inclination between the internal surface of a cavity and a plane perpendicular to the axis of rotation can be between 2° and 60°, better still between 5° and 30°, even better between 10° and 20° , being for example of the order of 15°, when observed in section along a plane perpendicular to a radial axis extending between two consecutive cavities.
  • At least one cavity may include a convex internal surface having in particular a variable radius of curvature when the flange is observed in a radial direction.
  • a cavity may have a substantially flat internal surface when the flange is viewed in section along a plane containing the axis of rotation of the rotor.
  • the radius of curvature of the convex internal surface can decrease when the flange is observed in a radial direction when one approaches the edge of the flange.
  • At least one fin may have a variable radius of curvature when the flange is observed along the axis of rotation, in particular an increasing radius of curvature as one approaches the edge of the flange.
  • a flange may include at least two fins having variations in radii of different curvature.
  • a flange may include fins that are all identical, in particular fins having the same radius of curvature and/or the same variation in radius of curvature.
  • Each fin may include an upper face contained in a plane perpendicular to the axis of rotation and a first and a second lateral face connecting the upper face to each of the adjacent cavities, at least one fin having an upper face connected to the first lateral face by a portion inclined relative to the exterior face of the flange when observing the flange in the radial direction.
  • the upper face of the fin may be substantially triangular in shape.
  • the upper face can be connected to each of the first and second side faces by an inclined portion.
  • the angle of inclination of the inclined portion relative to the upper face of the fin can be between 0° value excluded and 80°, better between 5° and 50°, better between 10° and 20°, being by example of the order of 15°.
  • Such an inclined portion makes it possible to reduce losses and better direct the air flow towards possible radial openings.
  • the flange may include at least one fin not having an inclined portion between its upper face and one of the side faces.
  • the first side face can be perpendicular to the upper face of the fin.
  • the first side face can be inclined relative to the upper face of the fin.
  • the angle of inclination of the first side face relative to the upper face of the fin can be between 90° and 120°, better still between 95° and 115°, better still between 100° and 110°. Such an angle of inclination allows the formation of an undercut.
  • the first lateral face may be concave in a plane perpendicular to the axis of rotation.
  • the first side face may be convex in a plane perpendicular to the axis of rotation.
  • the fins can have different inclinations relative to a plane containing the axis of rotation and passing through the radial end of the fin closest to the edge when the flange is observed in a section in a plane perpendicular to the 'rotation axis.
  • the angle of inclination between the axis passing through the radial end of a fin closest to the edge and through the radial end closest to the central bore on the side of the first lateral face and a plane containing the axis of rotation and passing through the radial end of the fin closest to the edge when observing the flange in a section in a plane perpendicular to the axis of rotation can be between 15 and 70°, better between 20 and 60°, better between 25 and 45°, for example of the order of 30°.
  • the invention also relates, independently or in combination with the above, to a rotor of an electric machine rotating around an axis of rotation X, the rotor comprising a rotor mass and at least one flange as described above, in particular a flask or two flasks as described above.
  • the rotor comprises a single flange as described above.
  • the rotor may include two flanges as described above, each of the flanges being arranged in particular at one end of the rotor mass.
  • the rotor is cooled by circulation of a cooling gas, in particular air.
  • the number of cavities in a flange can be equal to the number of poles of the rotor.
  • the number of fins on a flange can be equal to the number of poles on the rotor.
  • the number of fins on a flange can be equal to the number of cavities in the flange.
  • the flange can have 8 cavities and 8 fins.
  • the rotation speed of the rotor can be between 2,000 rpm and 30,000 rpm, better between 5,000 rpm and 25,000 rpm, better between 10,000 rpm and 20,000 rpm, being for example of the order of 17,000 rpm or 18,000 rpm.
  • the flange according to the invention makes it possible to effectively cool the rotor, even with high rotation speeds.
  • the invention also relates to an electric machine comprising a stator and a rotor as defined above.
  • the stator may include a stator mass comprising notches provided between teeth, each notch receiving one or more winding conductors.
  • the machine can be used as a motor or generator.
  • the machine can be reluctance. It can constitute a synchronous motor or, alternatively, a synchronous generator. As a further variant, it constitutes an asynchronous machine.
  • the invention may be particularly suitable for high-power machines.
  • the machine may comprise 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 into a casing or inserted into a gearbox casing. In this case, it is inserted into a casing which also houses a gearbox.
  • the casing is, for example, cooled by water.
  • the notches can be at least partially closed.
  • a partially closed notch makes it possible to create an opening at the level of the air gap, which can be used, for example, to install electrical conductors to fill the notch.
  • a partially closed notch is in particular provided between two teeth which each have polar developments at their free end, which close the notch at least in part.
  • the notches can be fully closed.
  • “fully closed notch” we mean notches which are not open radially towards the air gap.
  • at least one notch, or even each notch can be continuously closed on the air gap side by a bridge of material made in one piece with the teeth defining the notch. All the notches can be closed on the air gap side by material bridges closing the notches. The material bridges can be made in one piece with the teeth defining the notch. The stator mass is then devoid of any cut 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 yoke or in one piece with the teeth. The notches are then not opened radially outwards.
  • the stator mass may have no cutout between the teeth and the cylinder head.
  • each of the notches has a continuously closed contour.
  • continuously closed we mean that the notches present a continuous closed contour when observed 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 cut in the stator mass.
  • the stator may include coils arranged in a distributed manner in the notches, having in particular electrical conductors arranged in an orderly manner in the notches.
  • distributed we mean that at least one of the coils passes successively through two non-adjacent slots.
  • the electrical conductors may not be arranged in the slots loosely but in an orderly manner. They are stacked in the notches in a non-random manner, for example being arranged in rows of aligned electrical conductors.
  • the stacking of electrical conductors is for example a stacking according to a hexagonal network in the case of electrical conductors of circular cross section.
  • the stator may include electrical conductors housed in the notches. At least electrical conductors, or even a majority of electrical conductors, can be pin-shaped, U-shaped or I-shaped.
  • the pin can be U-shaped (“U-pin” in English) or straight, being in form of I (“I-pin” in English).
  • the electrical conductors can thus form a distributed winding.
  • the winding may not be focused or wound on tooth.
  • the stator has concentrated winding.
  • the stator may have teeth and coils disposed on the teeth. The stator can thus be wound on teeth, in other words with undistributed winding.
  • the stator teeth may include polar flares. Alternatively, the stator teeth do not have polar flares.
  • the stator may include an external carcass surrounding the cylinder head.
  • the stator teeth can be made with a stack of magnetic sheets, each covered with an insulating resin, in order to limit losses through induced currents.
  • Figure 1 is a perspective view of a rotor comprising a flange according to the invention
  • Figure 2a is a perspective view of the flange of Figure 1 observed from the side of its exterior face
  • Figure 2b is a front view of the flange of Figure 2a
  • Figure 2c is a view of the flange of Figure 2b along section C2-C2,
  • Figure 2d is a view of the flange of Figure 2b along section D2-D2,
  • Figure 2e is a view of the flange of Figure 2a observed in a radial direction
  • Figure 2f is a perspective view of the flange of Figure 2a observed from the side of its interior face
  • Figure 3a is a view similar to Figure 2b of a flange according to another alternative embodiment
  • Figure 3b is a view similar to Figure 2e of the alternative embodiment of Figure 3 a,
  • Figure 3c is a view of the flange of Figure 3a along section C3-
  • Figure 4a is a view similar to Figure 2b of a flange according to another alternative embodiment
  • Figure 4b is a view similar to Figure 2e of the alternative embodiment of Figure 4a,
  • Figure 4c is a view of the flange of Figure 4a along the section C4-C4,
  • Figure 5a is a view similar to Figure 2b of a flange according to another alternative embodiment
  • Figure 5b is a view similar to Figure 2e of the alternative embodiment of Figure 5 a,
  • Figure 5c is a view of the flange of Figure 5a along section C5-C5,
  • Figure 5d is a view similar to Figure 2a of the flange of Figure 5a,
  • Figure 5e is a view similar to Figure 2f of the flange of Figure 5a,
  • Figure 6a is a view similar to Figure 2b of a flange according to another alternative embodiment
  • Figure 6b is a view similar to Figure 2e of the alternative embodiment of Figure 6a,
  • Figure 6c is a view of the flange of Figure 6a along section C6-C6,
  • Figure 6d is a view similar to Figure 2a of the flange of Figure 6a,
  • Figure 6e is a view similar to Figure 2f of the flange of Figure 6a,
  • Figure 7a is a view similar to Figure 2b of a flange according to another alternative embodiment
  • Figure 7b is a view of the flange of Figure 7a along section B7-B7,
  • Figure 7c is a view similar to Figure 2a of the flange in Figure
  • Figure 7d is a view similar to Figure 7c from another viewing angle
  • Figure 8a is a view similar to Figure 2b of a flange according to another alternative embodiment
  • Figure 8b is a view similar to Figure 2e of the alternative embodiment of Figure 8 a,
  • Figure 8c is a view similar to Figure 8a from another viewing angle
  • Figure 8d is a view similar to Figure 2b of the flange of Figure 8a,
  • Figure 9a is a view similar to Figure 2b of a flange according to another alternative embodiment
  • Figure 9b is a view similar to Figure 9a from another viewing angle.
  • FIG. 1 We illustrate in Figure 1 an example of rotor 1 of a rotating electric machine, comprising a flange 10 according to the alternative embodiment of Figures 2a to 2f.
  • the rotor 1 comprises a rotor magnetic mass 4 extending axially along the axis of rotation X of the rotor.
  • This rotor mass 4 can be formed by a pack of magnetic rotor sheets stacked along the axis X, the sheets being for example identical and superimposed exactly.
  • the magnetic sheets are preferably made of magnetic steel. All grades of magnetic steel can be used.
  • the rotor mass 4, and in particular the rotor plates, may include housings intended to receive permanent magnets.
  • the rotor mass 4 has a central opening for mounting on a shaft 5.
  • the shaft can, in the example considered, be made of a non-magnetic material, for example non-magnetic stainless steel or aluminum, or on the contrary be magnetic.
  • Figures 2a to 2f illustrate the flange 10 of the rotor of Figure 1.
  • the flange comprises a central bore 13, an interior face 12, an exterior face 11 and a radially exterior edge 14 extending between the interior face 12 and the exterior face 11.
  • the flange 10 comprises cavities 15 distributed circumferentially around the central bore.
  • the flange 10 also includes fins 16. Each fin 16 separates two consecutive cavities 15. The fins 16 extend radially. They are all curved when we observe the flange along the axis of rotation X.
  • all the fins have the same variation in radius of curvature.
  • a part of the cavities 15 comprises a circumferential border 17 which connects the radial ends closest to the edge 14 of the flange of two consecutive fins surrounding this cavity, so that said cavity is delimited over its entire periphery by the two fins 16 and by the circumferential border 17.
  • the rest of the cavities 15 have a circumferential edge 17 with a radial opening 18 formed in the edge of the flange.
  • This opening makes it possible to direct the air contained in the cavities towards the outside of the flange by accelerating it at the level of the radial opening 18, which makes it possible to improve cooling.
  • the internal surface 150 of the cavities 15 has a point of inflection, when observed in section along a plane perpendicular to a radial axis extending between two consecutive cavities 15.
  • the internal surface 150 of the cavities 15 has a convex internal surface with a radius of curvature which decreases when we observe the flange 10 in a radial direction as we approach the edge of the flange.
  • the fins 16 each comprise an upper face 161 contained in a plane perpendicular to the axis of rotation and a first 162 and a second 163 lateral faces connecting the upper face 161 to each of the cavities 15 adjacent.
  • the fins have a portion 160 inclined relative to the exterior face 11 of the flange 10 and connecting the upper face 161 to the first lateral face 162 when the flange is observed in the direction radial.
  • the first side face 162 is convex in a plane perpendicular to the axis of rotation the radial end of a fin 16 closest to the edge 14 and by the radial end closest to the central bore 13 on the side of the first side face 161, and a plane P containing the axis of rotation and passing through the radial end of the fin 16 closest to the edge 14 when the flange is observed in a section in a plane perpendicular to the axis of rotation X, is for example of the order of 30° .
  • the flange 10 can also include two indexing notches 19 provided in the section 14.
  • the interior face 12 of the flange 10 is not smooth.
  • the interior face has, for example, material recesses 152 at the level of the fins of the exterior face 11. These material recesses 152 make it possible to limit the weight of the flange.
  • the portion 180 of the radial opening closest to the interior face 12 of the flange 10 is curved when observed in a radial direction.
  • FIG. 3a to 3c is substantially similar to the embodiment of Figures 2a to 2f.
  • the difference between these two embodiments is that the portion 180 of the radial opening 18 closest to the interior face 12 of the flange of Figure 3b is rectilinear when observed in a radial direction.
  • the flange has six cavities 15. All the cavities 15 include a circumferential edge 17 with a radial opening 18 formed in the edge 14 of the flange.
  • the portion 180 of the radial opening 18 closest to the interior face 12 of the flange is rectilinear when observed in a radial direction.
  • the cavities have an internal surface 150 which is substantially flat when we observe the flange 10 in section along a plane containing axis of rotation X of the rotor.
  • FIG. 5a to 5e Another alternative embodiment of a flange 10 is illustrated in Figures 5a to 5e.
  • the flange 10 has eight cavities 15.
  • Each cavity 15 has a circumferential edge 17 which connects the most radial ends 166. close to the edge 14 of the flange of two consecutive fins 16 surrounding this cavity 15, so that said cavity 15 is delimited over its entire periphery by the two fins 16 and by the circumferential edge 17.
  • half of the cavities 15 have a circumferential border 17 of constant thickness.
  • the other half of the cavities 15 comprises a circumferential edge 17 with at least one portion of variable thickness 170.
  • the thickness e measured along the axis of rotation X of this portion of thickness variable 170 is increasing according to the direction of rotation of the electric machine.
  • the internal surface 150 of the cavities is convex in shape.
  • This internal surface has a variable radius of curvature when we observe the flange 10 in section along a radial plane as in Figure 5c. Following this section, the radius of curvature of the internal surface 150 decreases as we approach the edge 17 of the flange.
  • the interior face 12 of the flange does not have material recesses 152 at the level of the fins 16 of the exterior face 11.
  • FIG. 6a to 6e is substantially similar to the embodiment of Figures 5a to 5e.
  • the difference between these two embodiments is that in the embodiment of Figures 6a to 6e all the cavities 15 include a circumferential border 17 with at least one portion of variable thickness 170.
  • Figures 7a to 7d is substantially similar to the embodiment of Figures 5a to 5e. The difference between these two embodiments is that in the embodiment of Figures 7a to 7d all the cavities 15 include a circumferential border 17 of constant thickness.
  • Figures 8a to 8d illustrate an embodiment substantially similar to the embodiment of Figures 2a to 2e.
  • the radial openings 18 have lateral edges 181 that flare when the edge 14 of the flange is observed in a radial direction.
  • the edges 181 of the radial opening 18 flare towards the exterior face 11 of the flange.
  • Figures 9a and 9b illustrate an embodiment substantially similar to the embodiment of Figures 2a to 2e.
  • the first side face 162 is concave in a plane perpendicular to the axis of rotation.
  • the lateral edges 181 of the radial opening 18 are inclined relative to the plane P containing the axis of rotation X and passing through the radial end of the fin 16 closest to the slice 14 when we observe the flange in a section in a plane perpendicular to the axis of rotation radial opening 18 and a plane P containing the axis of rotation of rotation X is of the order of 30°.
  • the fins have a height measured along the constant axis of rotation X. Furthermore, in these modes the height of the fins measured along the axis of rotation X is substantially equal to the thickness of the circumferential edge measured along the axis of rotation X.
  • the flange may have a different number of cavities. It may also include fins and/or cavities of different sizes and/or shapes.

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Abstract

Flasque de rotor de machine électrique Flasque (10) de rotor de machine électrique tournante autour d'un axe de rotation X, le flasque comportant une face intérieure (12) tournée vers une masse rotorique (4) du rotor, une face extérieure (11) opposée à la face intérieure, une tranche (14) radialement extérieure s'étendant entre la face intérieure et la face extérieure, et un alésage central, le flasque comportant : - au moins deux cavités (15) ménagées sur la face extérieure du flasque et réparties circonférentiellement autour de l'alésage central, chaque cavité étant délimitée au moins par une bordure circonférentielle (17) s'étendant le long de la tranche du flasque, et - au moins une ailette (16) séparant deux cavités consécutives, l'ailette s'étendant sensiblement radialement et étant courbées lorsque le flasque est observé selon l'axe de rotation X.

Description

Description
Titre : Flasque de rotor de machine électrique
Domaine technique
La présente invention concerne les machines électriques tournantes, et plus particulièrement celles refroidies par une circulation d’un fluide de refroidissement, notamment de l’air, circulant au moins partiellement autour du rotor de la machine.
L’invention porte plus particulièrement sur les machines synchrones ou asynchrones, à courant alternatif. Elle concerne notamment les machines de traction ou de propulsion de véhicules automobiles électriques (Battery Electric Vehicle) et/ou hybrides (Hybrid Electric Vehicle - Plug-in Hybrid Electric Vehicle), telles que voitures individuelles, camionnettes, camions ou bus. L’invention s’applique également à des machines électriques tournantes pour des applications industrielles et/ou de production d’énergie, notamment navales, aéronautiques ou éoliennes.
Technique antérieure
Il est connu de refroidir les machines électriques tournantes, notamment les têtes de bobines du stator, au cours du fonctionnement de la machine électrique tournante par un fluide, notamment par un gaz, en particulier par de l’air circulant dans la machine électrique.
De telles machines électriques présentent souvent des zones de hautes températures localisées à proximité des têtes de bobines du stator et dans le rotor de la machine électrique. Les têtes de bobines étant en contact avec le fluide de refroidissement, la qualité de leur refroidissement dépend de la convection forcée interne du fluide de refroidissement dans la machine électrique.
Les demandes JP 2020 120486 et EP 3 934 065 divulguent des flasques ne comportant pas de cavités réparties circonférentiellement autour de l’alésage central du flasque.
La demande WO 2021/115806 a pour objet un flasque comportant des ailettes rectilignes sur sa face extérieure, c’est-à-dire la face qui n’est pas tournée vers la masse rotorique.
La demande CN 211266684 divulgue un flasque comportant des ailettes rectilignes. Les demandes KR 10-2018-0094446, CN 207459903 et EP 3 672 035 divulguent des flasques ne comportant pas de cavités délimitées au moins par une bordure circonférentielle s’étendant le long de la tranche du flasque.
La demande US 2021/0242746 divulgue un flasque ne comportant pas d’ailettes sur sa face extérieure, c’est-à-dire la face qui n’est pas tournée vers la masse rotorique.
Il existe un besoin pour encore améliorer le refroidissement des machines électriques tournantes refroidies par une circulation de fluide de refroidissement, en particulier d’air.
Exposé de l’invention
L’invention vise à répondre à ce besoin et elle y parvient, selon l’un de ses aspects, grâce à un flasque de rotor de machine électrique tournante autour d'un axe de rotation X, le flasque comportant une face intérieure tournée vers une masse rotorique du rotor, une face extérieure opposée à la face intérieure, une tranche radialement extérieure s'étendant entre la face intérieure et la face extérieure, et un alésage central, le flasque comportant :
- au moins deux cavités ménagées sur la face extérieure du flasque et réparties circonférentiellement autour de l’alésage central, chaque cavité étant délimitée au moins par une bordure circonférentielle s’étendant le long de la tranche du flasque, et
- au moins une ailette séparant deux cavités consécutives, l’ailette s’étendant sensiblement radialement et étant courbée lorsque le flasque est observé selon l’axe de rotation X.
Chaque cavité peut être délimitée au moins partiellement par deux ailettes et une bordure circonférentielle.
L’épaisseur du flasque, mesurée dans la direction axiale, entre les faces intérieure et extérieure, peut être comprise entre 5 et 30 mm, mieux entre 7 et 20 mm, encore mieux entre 10 et 15 mm, étant par exemple de l’ordre de 9 mm ou de 13 mm.
La profondeur d’une cavité, mesurée dans la direction axiale, peut être comprise entre 3 et 24 mm, mieux entre 4 et 20 mm, encore mieux entre 5 et 15 mm, étant par exemple de l’ordre de 6,6 mm. Une telle profondeur permet un bon brassage du fluide de refroidissement, ce qui permet d’améliorer le refroidissement du rotor. La profondeur d’une cavité peut augmenter lorsque l’on s’éloigne de l’axe de rotation X, afin de guider l’air au niveau des têtes de bobine. La profondeur d’une cavité peut être ainsi plus grande au niveau de la tranche du flasque.
Un ratio entre la profondeur d’une cavité et l’épaisseur du flasque peut être compris entre 5 et 95%, mieux entre 10 et 90%, mieux entre 20 et 85%, mieux entre 30 et 80%, étant par exemple de l’ordre de 50% ou 75%.
Le diamètre extérieur du flasque peut être compris entre 50 et 300 mm, mieux entre 75 et 200 mm, encore mieux entre 100 et 150 mm, étant par exemple de l’ordre de 100 mm ou de 136 mm.
La largeur d’une bordure circonférentielle, mesurée dans la direction radiale, peut être comprise entre 3 et 30 mm, mieux entre 4 et 20 mm, mieux entre 5 et 15 mm, étant par exemple de l’ordre de 6 mm ou de 10 mm ou de 12 mm.
Le ratio entre la largeur d’une bordure circonférentielle et le diamètre extérieur du flasque peut être compris entre 1 et 25%, mieux entre 2 et 20%, mieux entre 3 et 15%, mieux entre 4 et 10%, étant par exemple de l’ordre de 4,5% ou de 6%.
La bordure circonférentielle peut relier les extrémités radiales les plus proches de la tranche du flasque de deux ailettes consécutives. La bordure circonférentielle peut relier les extrémités radiales les plus proches de la tranche du flasque de deux ailettes consécutives entourant une cavité, de sorte que ladite cavité est délimitée sur toute sa périphérie par les deux ailettes et par la bordure circonférentielle.
Lorsqu’observée en coupe suivant un plan perpendiculaire à un axe radial s’étendant entre deux cavités consécutives, une ligne reliant une arête d’une ailette et la portion d’une cavité la plus proche de la face intérieure peut ne pas comporter de portion de plan contenue dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation. Autrement dit, il peut ne pas y avoir d’aplat entre l’ailette et la cavité adjacentes. L’ailette peut être disposée au bord de la cavité.
Dans un mode de réalisation particulier, le flasque peut être dépourvu d’ouverture traversante axialement autre que l’alésage central.
En particulier, au moins une cavité, notamment la moitié des cavités, mieux toutes les cavités peuvent être dépourvues d’ouvertures traversantes. Les cavités peuvent avoir un fond plein, dépourvu d’ouverture traversante axialement. En variante le flasque peut comporter une ou plusieurs ouvertures traversantes axialement. La ou les ouvertures traversantes axialement peuvent par exemple être situées dans le fond de chaque cavité.
Ces ouvertures traversantes axialement peuvent être situées en regard de logements destinés à recevoir des aimants permanents de la masse rotorique. La forme des ouvertures traversantes peut être sensiblement la même que celle des logements des aimants permanents de la masse rotorique lorsqu’on observe le rotor suivant son axe de rotation X.
Ces ouvertures traversantes permettent à l'air de circuler axialement à travers le rotor. De préférence, le rotor comporte deux flasques, chacun situé à une extrémité de la masse rotorique, et chaque flasque comporte des ouvertures traversantes pour évacuer l’air du rotor.
Cavité
Au moins une cavité, notamment la moitié des cavités, mieux toutes les cavités, peuvent comporter une bordure circonférentielle comportant une ouverture radiale ménagée dans la tranche du flasque.
Une telle ouverture radiale ménage ainsi une sortie radiale pour l’air contenu dans la cavité. L’air peut ainsi être dirigé hors du flasque vers les zones de la machine électrique qui sont à refroidir, par exemple les têtes de bobines du stator de la machine électrique.
Une longueur de l’ouverture radiale mesurée dans une direction circonférentielle peut être comprise entre 1 et 50 mm, mieux entre 2 et 40 mm, mieux entre 3 et 30 mm, mieux entre 4 et 20 mm, encore mieux entre 5 et 10 mm, étant par exemple de l’ordre de 7,3 mm.
Une longueur de la cavité dans laquelle débouche l’ouverture radiale, mesurée dans une direction circonférentielle, peut être comprise entre 5 et 500 mm, mieux entre 10 et 200 mm, encore mieux entre 15 et 100 mm, encore mieux entre 20 et 80 mm, encore mieux entre 30 mm et 60 mm, étant par exemple de l’ordre de 37 mm.
Le ratio entre la longueur de l’ouverture radiale mesurée dans une direction circonférentielle et la longueur de la cavité dans laquelle débouche l’ouverture radiale mesurée dans une direction circonférentielle peut être compris entre 2 et 30, mieux entre 3 et 20, mieux entre 4 et 10, par exemple de l’ordre de 5. Le fait que la longueur circonférentielle de l’ouverture radiale soit très inférieure à la longueur circonférentielle de la cavité permet la formation d’un goulot d’étranglement au niveau de l’ouverture radiale. La vitesse de l’air sortant par cette ouverture radiale est ainsi accélérée, ce qui améliore le refroidissement de la machine.
De plus, la taille réduite de la ou des ouvertures radiales ménagées sur la tranche du flasque permet de laisser suffisamment de matière pour équilibrer simplement le flasque par enlèvement de matière.
La profondeur de l’ouverture radiale peut être inférieure à l’épaisseur de la bordure circonférentielle.
La portion de l’ouverture radiale la plus proche de la face intérieure du flasque peut être courbe lorsqu’elle est observée suivant une direction radiale. En variante, la portion de l’ouverture radiale la plus proche de la face intérieure du flasque peut être rectiligne lorsqu’elle est observée suivant une direction radiale.
Une ouverture radiale comportant une portion la plus proche de la face intérieure du flasque courbe permet d’améliorer la tenue à l’effort de centrifugation. La matière constituant le flasque est ainsi moins sollicitée à des vitesses élevées et le refroidissement de la machine est ainsi amélioré.
L’ouverture radiale peut comporter des bords latéraux parallèles lorsqu’on observe la tranche du flasque suivant une direction radiale. En variante, l’ouverture radiale peut comporter des bords évasés lorsqu’on observe la tranche du flasque suivant une direction radiale. En particulier, les bords de l’ouverture radiale peuvent s’évaser en direction de la face extérieure du flasque. Une telle ouverture radiale évasée permet d’éjecter un flux d’air plus large vers les têtes de bobines.
Les bords latéraux de l’ouverture radiale peuvent être parallèles à un plan contenant l’axe de rotation X et passant par l’extrémité radiale de l’ailette la plus proche de la tranche lorsqu’on observe le flasque suivant l’axe de rotation X.
En variante, les bords latéraux de l’ouverture radiale peuvent être inclinés par rapport à un plan contenant l’axe de rotation X et passant par l’extrémité radiale de l’ailette la plus proche de la tranche lorsqu’on observe le flasque suivant l’axe de rotation X.
De préférence, les deux bords latéraux d’une même ouverture radiale peuvent être parallèles entre eux. En variante les deux bords latéraux d’une même ouverture radiale peuvent ne pas être parallèles entre eux. En particulier, les deux bords latéraux d’une même ouverture radiale peuvent présenter des inclinaisons différentes par rapport à un plan contenant l’axe de rotation X et passant par l’extrémité radiale de l’ailette la plus proche de la tranche lorsqu’on observe le flasque suivant l’axe de rotation X.
Dans un mode de réalisation particulier, les bords latéraux d’une ouverture radiale peuvent être inclinés par rapport à un plan contenant l’axe de rotation et passant par l’extrémité radiale de l’ailette la plus proche de la tranche lorsqu’on observe le flasque suivant l’axe de rotation X d’un angle P compris entre 5 et 45°, mieux entre 10 et 40°, mieux entre 15 et 35°, par exemple de l’ordre de 30°.
En variante, au moins une cavité, notamment la moitié des cavités, mieux toutes les cavités, peuvent comporter une bordure circonférentielle dépourvue d’une ouverture radiale ménagée dans la tranche du flasque.
Au moins une cavité, notamment au moins la moitié des cavités, mieux toutes les cavités, peuvent comporter une bordure circonférentielle avec au moins une portion d’épaisseur variable. L’épaisseur de la bordure circonférentielle peut être mesurée sur la tranche suivant l’axe de rotation X. L’épaisseur de la portion de la bordure circonférentielle d’épaisseur variable peut être croissante suivant le sens de rotation de la machine électrique.
Au moins une cavité, notamment au moins la moitié des cavités, mieux toutes les cavités, peuvent comporter une bordure circonférentielle avec une épaisseur constante.
Le flasque peut comporter une alternance de cavités comportant une bordure circonférentielle avec une ouverture radiale ménagée dans la tranche du flasque et de cavités comportant une bordure circonférentielle d’épaisseur constante.
La bordure circonférentielle peut être située sur la face extérieure du flasque.
En variante, le flasque peut comporter une alternance de cavités comportant une bordure circonférentielle avec une portion d’épaisseur variable et de cavités comportant une bordure circonférentielle d’épaisseur constante.
L‘ ailette peut avoir une hauteur mesurée suivant l’axe de rotation X constante.
En variante l’ailette peut avoir une hauteur mesurée suivant l’axe de rotation X variable. L’ailette peut avoir une hauteur variable sur toute sa longueur suivant une direction radiale. Elle peut par exemple varier en hauteur en ayant une forme arrondie, rectangulaire, triangulaire ou toute autre forme lorsqu’on observe le flasque en coupe suivant un plan contenant l’axe de rotation X. La hauteur de l’ailette mesurée suivant l’axe de rotation X peut être inférieure ou égale à l’épaisseur de la bordure circonférentielle mesurée suivant l’axe de rotation X. En variante, l’ailette peut comporter une portion dont la hauteur mesurée suivant l’axe de rotation X peut être supérieure à l’épaisseur de la bordure circonférentielle mesurée suivant l’axe de rotation X. La partie supérieure de cette portion de l’ailette peut dépasser de la face extérieure du flasque lorsqu’on observe le flasque selon une direction radiale d’une hauteur qui peut être comprise entre 1 mm et 10 mm, mieux entre 3 mm et 5 mm. Une telle ailette améliore le brassage d’air et offre une surface d’échange supplémentaire.
La portion de l’ailette dépassant la bordure circonférentielle suivant l’axe de rotation X peut s’étendre sur toute la longueur de l’ailette mesurée suivant une direction radiale. En variante, la portion de l’ailette dépassant la bordure circonférentielle suivant l’axe de rotation X peut s’étendre sur une partie seulement de la longueur de l’ailette mesurée suivant une direction radiale
La portion de l’ailette dépassant la bordure circonférentielle suivant l’axe de rotation X peut s’étendre jusqu’à la tranche du flasque.
Fond d’une cavité
La surface interne d’au moins une cavité peut comporter au moins un point d’inflexion, mieux exactement un point d’inflexion, lorsqu’observée en coupe suivant un plan perpendiculaire à un axe radial s’étendant entre deux cavités consécutives.
L’angle d’inclinaison entre la surface interne d’une cavité et un plan perpendiculaire à l’axe de rotation peut être variable.
L’angle d’inclinaison entre la surface interne d’une cavité et un plan perpendiculaire à l’axe de rotation peut être compris entre 2° et 60°, mieux entre 5° et 30°, encore mieux entre 10° et 20°, étant par exemple de l’ordre de 15°, lorsqu’observée en coupe suivant un plan perpendiculaire à un axe radial s’étendant entre deux cavités consécutives.
Au moins une cavité peut comporter une surface interne convexe ayant notamment un rayon de courbure variable lorsqu’on observe le flasque suivant une direction radiale.
En variante, une cavité peut comporter une surface interne sensiblement plane lorsqu’on observe le flasque en coupe suivant un plan contenant l’axe de rotation du rotor. De préférence, le rayon de courbure de la surface interne convexe peut diminuer lorsqu’on observe le flasque suivant une direction radiale lorsqu’on se rapproche de la tranche du flasque.
Ailettes
Au moins une ailette peut présenter un rayon de courbure variable lorsqu’on observe le flasque suivant l’axe de rotation, notamment un rayon de courbure croissant lorsqu’on se rapproche de la tranche du flasque.
Dans un mode de réalisation particulier, toutes les ailettes ne sont pas identiques. En particulier, un flasque peut comporter au moins deux ailettes présentant des variations de rayons de courbures différentes.
En variante, une flasque peut comporter des ailettes toutes identiques, en particulier des ailettes ayant le même rayon de courbure et/ou la même variation de rayon de courbure.
Chaque ailette peut comporter une face supérieure contenue dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation et une première et une deuxième faces latérales reliant la face supérieure à chacune des cavités adjacentes, au moins une ailette ayant une face supérieure reliée à la première face latérale par une portion inclinée par rapport à la face extérieure du flasque lorsqu’on observe le flasque selon la direction radiale.
La face supérieure de l’ailette peut être de forme sensiblement triangulaire.
De préférence, il n’y a pas de portion inclinée entre la face supérieure et la deuxième face latérale de l’ailette. En variante, la face supérieure peut être reliée à chacune des première et deuxième faces latérales par une portion inclinée.
L’angle d’inclinaison de la portion inclinée par rapport à la face supérieure de l’ailette peut être compris entre 0° valeur exclue et 80°, mieux entre 5° et 50°, mieux entre 10° et 20°, étant par exemple de l’ordre de 15°. Une telle portion inclinée permet de diminuer les pertes et de mieux orienter le flux d’air vers d’éventuelles ouvertures radiales.
En variante, le flasque peut comporter au moins une ailette ne comportant pas de portion inclinée entre sa face supérieure et une des faces latérales.
La première face latérale peut être perpendiculaire à la face supérieure de l’ailette. En variante la première face latérale peut être inclinée par rapport à la face supérieure de l’ailette. L’angle d’inclinaison de la première face latérale par rapport à la face supérieure de l’ailette peut être compris entre 90° et 120°, mieux entre 95° et 115°, mieux entre 100° et 110°. Un tel angle d’inclinaison permet la formation d’une contre-dépouille.
La première face latérale peut être concave dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation. En variante, la première face latérale peut être convexe dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation.
Les ailettes peuvent présenter des inclinaisons différentes par rapport à un plan contenant l’axe de rotation et passant par l’extrémité radiale de l’ailette la plus proche de la tranche lorsqu’on observe le flasque selon une coupe dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation.
En particulier, l’angle d’inclinaison entre l’axe passant par l’extrémité radiale d’une ailette la plus proche de la tranche et par l’extrémité radiale la plus proche de l’alésage central du côté de la première face latérale et un plan contenant l’axe de rotation et passant par l’extrémité radiale de l’ailette la plus proche de la tranche lorsqu’on observe le flasque selon une coupe dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation peut être compris entre 15 et 70 °, mieux entre 20 et 60 °, mieux entre 25 et 45 °, par exemple de l’ordre de 30°.
Rotor
L’invention a également pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un rotor de machine électrique tournante autour d’un axe de rotation X, le rotor comportant une masse rotorique et au moins un flasque tel que décrit plus haut, notamment un flasque ou deux flasques tels que décrits plus haut. Dans un mode de réalisation, le rotor comporte un unique flasque tel que décrit plus haut. En variante, le rotor peut comporter deux flasques tel que décrit ci-dessus, chacun des flasques étant notamment disposé à une extrémité de la masse rotorique.
De préférence, le rotor est refroidi par circulation d’un gaz de refroidissement, notamment de l’air.
Le nombre de cavités d’un flasque peut être égal au nombre de pôles du rotor.
Le nombre d’ailettes d’un flasque peut être égal au nombre de pôles du rotor. Le nombre d’ailettes d’un flasque peut être égal au nombre de cavités du flasque. Par exemple, lorsque le rotor comporte 8 pôles, le flasque peut comporter 8 cavités et 8 ailettes. La vitesse de rotation du rotor peut être comprise entre 2 000 tours/min et 30 000 tours/ min, mieux entre 5 000 tours/min et 25 000 tours/ min, mieux entre 10 000 tours/min et 20 000 tours/ min, étant par exemple de l’ordre de 17 000 tours/min ou 18 000 tours/min.
Le flasque selon l’invention permet de refroidir efficacement le rotor, même avec des vitesses de rotation élevées.
Machine électrique
L’invention a également pour objet une machine électrique comportant un stator et un rotor tel que défini plus haut.
Le stator peut comporter une masse statorique comportant des encoches ménagées entre des dents, chaque encoche recevant un ou plusieurs conducteurs de bobinage.
La machine peut être utilisée comme moteur ou comme générateur. La machine peut être à réluctance. Elle peut constituer un moteur synchrone ou en variante un générateur synchrone. En variante encore, elle constitue une machine asynchrone.
L’invention peut convenir tout particulièrement pour des machines de forte puissance.
La machine peut comporter un seul rotor intérieur ou, en variante, un rotor intérieur et un rotor extérieur, disposés radialement de part et d’autre du stator et accouplés en rotation.
La machine peut être insérée seule dans un carter ou insérée dans un carter de boite de vitesse. Dans ce cas, elle est insérée dans un carter qui loge également une boîte de vitesse. Le carter est par exemple refroidi à l’eau.
Les encoches peuvent être au moins partiellement fermées. Une encoche partiellement fermée permet de ménager une ouverture au niveau de l’entrefer, qui peut servir par exemple à la mise en place des conducteurs électriques pour le remplissage de l’encoche. Une encoche partiellement fermée est notamment ménagée entre deux dents qui comportent chacune des épanouissements polaires au niveau de leur extrémité libre, lesquels viennent fermer l’encoche au moins en partie.
En variante, les encoches peuvent être entièrement fermées. Par « encoche entièrement fermée », on désigne des encoches qui ne sont pas ouvertes radialement vers l’entrefer. Dans un mode de réalisation, au moins une encoche, voire chaque encoche, peut être continûment fermée du côté de l’entrefer par un pont de matière venu d’un seul tenant avec les dents définissant l’encoche. Toutes les encoches peuvent être fermées du côté de l’entrefer par des ponts de matière fermant les encoches. Les ponts de matière peuvent être venus d’un seul tenant avec les dents définissant l’encoche. La masse statorique est alors dépourvue de découpe entre les dents et les ponts de matière fermant les encoches, et les encoches sont alors continûment fermées du côté de l’entrefer par les ponts de matière venus d’un seul tenant avec les dents définissant l’encoche.
En outre, les encoches peuvent également être fermées du côté opposé à l’entrefer par une culasse rapportée ou d’un seul tenant avec les dents. Les encoches ne sont alors pas ouvertes radialement vers l’extérieur. La masse statorique peut être dépourvue de découpe entre les dents et la culasse.
Dans un mode de réalisation, chacune des encoches est de contour continûment fermé. Par « continûment fermé », on entend que les encoches présentent un contour fermé continu lorsqu’elles sont observées en section transversale, prise perpendiculairement à l’axe de rotation de la machine. On peut faire le tour complet de l’encoche sans rencontrer de découpe dans la masse statorique.
Le stator peut comporter des bobines disposées de manière répartie dans les encoches, ayant notamment des conducteurs électriques disposés de manière rangée dans les encoches. Par « réparti », on entend qu’au moins l’une des bobines passe successivement dans deux encoches non adjacentes.
Les conducteurs électriques peuvent ne pas être disposés dans les encoches en vrac mais de manière ordonnée. Ils sont empilés dans les encoches de manière non aléatoire, étant par exemple disposés en rangées de conducteurs électriques alignés. L’empilement des conducteurs électriques est par exemple un empilement selon un réseau hexagonal dans le cas de conducteurs électriques de section transversale circulaire.
Le stator peut comporter des conducteurs électriques logés dans les encoches. Des conducteurs électriques au moins, voir une majorité des conducteurs électriques, peuvent être en forme d'épingles, de U ou de I. L’épingle peut être en forme de U (« U-pin » en anglais) ou droite, étant en forme de I (« I-pin » en anglais).
Les conducteurs électriques peuvent ainsi former un bobinage distribué. Le bobinage peut ne pas être concentré ou bobiné sur dent. Dans une variante de réalisation, le stator est à bobinage concentré. Le stator peut comporter des dents et des bobines disposées sur les dents. Le stator peut ainsi être bobiné sur dents, autrement dit à bobinage non réparti.
Les dents du stator peuvent comporter des épanouissements polaires. En variante, les dents du stator sont dépourvues d’épanouissements polaires.
Le stator peut comporter une carcasse extérieure entourant la culasse.
Les dents du stator peuvent être réalisées avec un empilage de tôles magnétiques, recouvertes chacune d’une résine isolante, afin de limiter les pertes par courants induits.
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 :
[Fig 1] la figure 1 est une vue en perspective d’un rotor comportant un flasque selon l’invention,
[Fig 2a] la figure 2a est une vue en perspective du flasque de la figure 1 observé du côté de sa face extérieure,
[Fig 2b] la figure 2b est une vue de face du flasque de la figure 2a,
[Fig 2c] la figure 2c est une vue du flasque de la figure 2b suivant la coupe C2- C2,
[Fig 2d] la figure 2d est une vue du flasque de la figure 2b suivant la coupe D2- D2,
[Fig 2e] la figure 2e est une vue du flasque de la figure 2a observé suivant une direction radiale,
[Fig 2f] la figure 2f est une vue en perspective du flasque de la figure 2a observé du côté de sa face intérieure,
[Fig 3a] la figure 3a est une vue analogue à la figure 2b d’un flasque suivant une autre variante de réalisation,
[Fig 3b] la figure 3b est une vue analogue à la figure 2e de la variante de réalisation de la figure 3 a,
[Fig 3c] la figure 3c est une vue du flasque de la figure 3a suivant la coupe C3-
C3, [Fig 4a] la figure 4a est une vue analogue à la figure 2b d’un flasque suivant une autre variante de réalisation,
[Fig 4b] la figure 4b est une vue analogue à la figure 2e de la variante de réalisation de la figure 4a,
[Fig 4c] la figure 4c est une vue du flasque de la figure 4a suivant la coupe C4- C4,
[Fig 5a] la figure 5a est une vue analogue à la figure 2b d’un flasque suivant une autre variante de réalisation,
[Fig 5b] la figure 5b est une vue analogue à la figure 2e de la variante de réalisation de la figure 5 a,
[Fig 5c] la figure 5c est une vue du flasque de la figure 5a suivant la coupe C5- C5,
[Fig 5d] la figure 5d est une vue analogue à la figure 2a du flasque de la figure 5 a,
[Fig 5e] la figure 5e est une vue analogue à la figure 2f du flasque de la figure 5 a,
[Fig 6a] la figure 6a est une vue analogue à la figure 2b d’un flasque suivant une autre variante de réalisation,
[Fig 6b] la figure 6b est une vue analogue à la figure 2e de la variante de réalisation de la figure 6a,
[Fig 6c] la figure 6c est une vue du flasque de la figure 6a suivant la coupe C6- C6,
[Fig 6d] la figure 6d est une vue analogue à la figure 2a du flasque de la figure 6a,
[Fig 6e] la figure 6e est une vue analogue à la figure 2f du flasque de la figure 6a,
[Fig 7a] la figure 7a est une vue analogue à la figure 2b d’un flasque suivant une autre variante de réalisation,
[Fig 7b] la figure 7b est une vue du flasque de la figure 7a suivant la coupe B7- B7,
[Fig 7c] la figure 7c est une vue analogue à la figure 2a du flasque de la figure
7a, [Fig 7d] la figure 7d est une vue analogue à la figure 7c selon un autre angle de vue,
[Fig 8a] la figure 8a est une vue analogue à la figure 2b d’un flasque suivant une autre variante de réalisation,
[Fig 8b] la figure 8b est une vue analogue à la figure 2e de la variante de réalisation de la figure 8 a,
[Fig 8c] la figure 8c est une vue analogue à la figure 8a selon un autre angle de vue,
[Fig 8d] la figure 8d est une vue analogue à la figure 2b du flasque de la figure 8a,
[Fig 9a] la figure 9a est une vue analogue à la figure 2b d’un flasque suivant une autre variante de réalisation,
[Fig 9b] la figure 9b est une vue analogue à la figure 9a selon un autre angle de vue.
Description détaillée
Sur les figures et dans la suite de la description, les mêmes références représentent des éléments identiques ou similaires.
On a illustré à la figure 1 un exemple de rotor 1 de machine électrique tournante, comportant un flasque 10 selon la variante de réalisation des figures 2a à 2f.
Le rotor 1 comporte une masse magnétique rotorique 4 s’étendant axialement selon l’axe de rotation X du rotor. Cette masse rotorique 4 peut être formée par un paquet de tôles rotoriques magnétiques empilées selon l’axe X, les tôles étant par exemple identiques et superposées exactement. Les tôles magnétiques sont de préférence en acier magnétique. Toutes les nuances d’acier magnétique peuvent être utilisées.
La masse rotorique 4, et en particulier les tôles rotoriques, peut comporter des logements destinés à recevoir des aimants permanents.
La masse rotorique 4 comporte une ouverture centrale pour le montage sur un arbre 5. L’arbre peut, dans l’exemple considéré, être réalisé dans un matériau amagnétique, par exemple en inox amagnétique ou en aluminium, ou au contraire être magnétique. On a illustré aux figures 2a à 2f le flasque 10 du rotor de la figure 1. Le flasque comporte un alésage central 13, une face intérieure 12, une face extérieure 11 et une tranche 14 radialement extérieure s'étendant entre la face intérieure 12 et la face extérieure 11.
Dans le mode de réalisation illustré, le flasque 10 comporte des cavités 15 réparties circonférentiellement autour de l’alésage central.
Le flasque 10 comporte également des ailettes 16. Chaque ailette 16 sépare deux cavités 15 consécutives. Les ailettes 16 s’étendent radialement. Elles sont toutes courbées lorsqu’on observe le flasque selon l’axe de rotation X.
Dans l’exemple illustré, toutes les ailettes présentent la même variation de rayon de courbure.
Une partie des cavités 15 comporte une bordure circonférentielle 17 qui relie les extrémités radiales les plus proche de la tranche 14 du flasque de deux ailettes consécutives entourant cette cavité, de sorte que ladite cavité est délimitée sur toute sa périphérie par les deux ailettes 16 et par la bordure circonférentielle 17.
Le reste des cavités 15 comporte une bordure circonférentielle 17 avec une ouverture radiale 18 ménagée dans la tranche du flasque. Cette ouverture permet de diriger l’air contenu dans les cavités vers l’extérieur du flasque en l’accélérant au niveau de l’ouverture radiale 18, ce qui permet d’améliorer le refroidissement.
Comme cela est visible à la figure 2c, la surface interne 150 des cavités 15 comporte un point d’inflexion, lorsqu’observé en coupe suivant un plan perpendiculaire à un axe radial s’étendant entre deux cavités 15 consécutives.
La surface interne 150 des cavités 15 présente une surface interne convexe avec un rayon de courbure qui diminue lorsqu’on observe le flasque 10 suivant une direction radiale lorsqu’on se rapproche de la tranche du flasque.
Comme cela est plus particulièrement visible à la figure 2c, les ailettes 16 comportent chacune une face supérieure 161 contenue dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation et une première 162 et une deuxième 163 faces latérales reliant la face supérieure 161 à chacune des cavités 15 adjacentes. Dans l’exemple de réalisation des figures 2a à 2f, les ailettes présentent une portion 160 inclinée par rapport à la face extérieure 11 du flasque 10 et reliant la face supérieure 161 à la première face latérale 162 lorsqu’on observe le flasque selon la direction radiale. Dans ce mode de réalisation, la première face latérale 162 est convexe dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation X. De plus, l’angle d’inclinaison a, visible à la figure 2b, entre l’axe DI passant par l’extrémité radiale d’une ailette 16 la plus proche de la tranche 14 et par l’extrémité radiale la plus proche de l’alésage central 13 du côté de la première face latérale 161, et un plan P contenant l’axe de rotation X et passant par l’extrémité radiale de l’ailette 16 la plus proche de la tranche 14 lorsqu’on observe le flasque selon une coupe dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation X, est par exemple de l’ordre de 30°.
Le flasque 10 peut également comporter deux encoches d’indexation 19 ménagées dans la tranche 14.
Comme visible à la figure 2f, la face intérieure 12 du flasque 10 n’est pas lisse. La face intérieure présente par exemple des évidements de matière 152 au niveau des ailettes de la face extérieure 11. Ces évidements de matière 152 permettent de limiter le poids du flasque.
Comme cela est plus particulièrement visible à la figure 2e, dans ce mode de réalisation, la portion 180 de l’ouverture radiale la plus proche de la face intérieure 12 du flasque 10 est courbe lorsqu’elle est observée suivant une direction radiale.
Le mode de réalisation des figures 3a à 3c est sensiblement similaire au mode de réalisation des figures 2a à 2f. La différence entre ces deux modes de réalisation est que la portion 180 de l’ouverture radiale 18 la plus proche de la face intérieure 12 du flasque de la figure 3b est rectiligne lorsqu’elle est observée suivant une direction radiale.
Dans le mode de réalisation des figures 4a à 4c, le flasque comporte six cavités 15. Toutes les cavités 15 comportent une bordure circonférentielle 17 avec une ouverture radiale 18 ménagée dans la tranche 14 du flasque.
Comme cela est visible à la figure 4b, dans ce mode de réalisation, la portion 180 de l’ouverture radiale 18 la plus proche de la face intérieure 12 du flasque est rectiligne lorsqu’elle est observée suivant une direction radiale.
Comme cela est visible à la figure 4c, les cavités comportent une surface interne 150 qui est sensiblement plane lorsqu’on observe le flasque 10 en coupe suivant un plan contenant Taxe de rotation X du rotor.
Une autre variante de réalisation d’un flasque 10 est illustrée aux figures 5a à 5e. Dans ce mode de réalisation, le flasque 10 comporte huit cavités 15. Chaque cavité 15 comporte une bordure circonférentielle 17 qui relie les extrémités radiales 166 les plus proches de la tranche 14 du flasque de deux ailettes 16 consécutives entourant cette cavité 15, de sorte que ladite cavité 15 est délimitée sur toute sa périphérie par les deux ailettes 16 et par la bordure circonférentielle 17.
Dans le mode de réalisation des figures 5a à 5e, la moitié des cavités 15 comporte une bordure circonférentielle 17 d’épaisseur constante.
L’autre moitié des cavités 15 comporte une bordure circonférentielle 17 avec au moins une portion d’épaisseur variable 170. Comme cela est visible à la figure 5b, l’épaisseur e mesurée suivant l’axe de rotation X de cette portion d’épaisseur variable 170 est croissante suivant le sens de rotation de la machine électrique.
Dans ce mode de réalisation, la surface interne 150 des cavités est de forme convexe. Cette surface interne présente un rayon de courbure variable lorsqu’on observe le flasque 10 en coupe suivant un plan radial comme à la figure 5c. Suivant cette coupe, le rayon de courbure de la surface interne 150 diminue lorsqu’on se rapproche de la tranche 17 du flasque.
Comme visible à la figure 5 e, la face intérieure 12 du flasque ne présente pas d’évidements de matière 152 au niveau des ailettes 16 de la face extérieure 11.
Le mode de réalisation des figures 6a à 6e est sensiblement similaire au mode de réalisation des figures 5a à 5e. La différence entre ces deux modes de réalisation est que dans le mode de réalisation des figures 6a à 6e toutes les cavités 15 comportent une bordure circonférentielle 17 avec au moins une portion d’épaisseur variable 170.
Le mode de réalisation des figures 7a à 7d est sensiblement similaire au mode de réalisation des figures 5a à 5e. La différence entre ces deux modes de réalisation est que dans le mode de réalisation des figures 7a à 7d toutes les cavités 15 comportent une bordure circonférentielle 17 d’épaisseur constante.
Les figures 8a à 8d illustrent un mode de réalisation sensiblement similaire au mode de réalisations des figures 2a à 2e. Dans ce mode de réalisation, les ouvertures radiales 18 comportent des bords latéraux 181 évasés lorsqu’on observe la tranche 14 du flasque suivant une direction radiale. Les bords 181 de l’ouverture radiale 18 s’évasent en direction de la face extérieure 11 du flasque.
Les figures 9a et 9b illustrent un mode de réalisation sensiblement similaire au mode de réalisation des figures 2a à 2e. À la différence du mode de réalisation des figures 2a à 2e, dans ce mode de réalisation, la première face latérale 162 est concave dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation. De plus, dans cet exemple de réalisation, les bords latéraux 181 de l’ouverture radiale 18 sont inclinés par rapport au plan P contenant l’axe de rotation X et passant par l’extrémité radiale de l’ailette 16 la plus proche de la tranche 14 lorsqu’on observe le flasque selon une coupe dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation X. Dans l’exemple représenté, l’angle d’inclinaison P entre l’axe D2 contenant un des bords latéraux 181 de l’ouverture radiale 18 et un plan P contenant l’axe de rotation X et passant par l’extrémité radiale de l’ailette 16 la plus proche de la tranche 14 lorsqu’on observe le flasque selon une coupe dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation X est de l’ordre de 30°. Dans tous les modes de réalisation des figures 1 à 9b, les ailettes ont une hauteur mesurée suivant l’axe de rotation X constante. De plus, dans ces modes la hauteur des ailettes mesurée suivant l’axe de rotation X est sensiblement égale à l’épaisseur de la bordure circonférentielle mesurée suivant l’axe de rotation X.
L’invention n’est pas limitée à ce qui vient d’être décrit. Par exemple le flasque peut comporter un nombre différent de cavités. Il peut également comporter des ailettes et/ou des cavités de tailles et/ou de forme différentes.

Claims

Revendications
1. Flasque (10) de rotor de machine électrique tournante autour d'un axe de rotation X, le flasque comportant une face intérieure (12) tournée vers une masse rotorique (4) du rotor, une face extérieure (11) opposée à la face intérieure, une tranche (14) radialement extérieure s'étendant entre la face intérieure et la face extérieure, et un alésage central (13), le flasque comportant :
- au moins deux cavités (15) ménagées sur la face extérieure (11) du flasque et réparties circonférentiellement autour de l’alésage central, chaque cavité étant délimitée au moins par une bordure circonférentielle (17) s’étendant le long de la tranche du flasque, et
- au moins une ailette (16) séparant deux cavités consécutives, l’ailette s’étendant sensiblement radialement et étant courbée lorsque le flasque est observé selon l’axe de rotation X, le flasque (10) étant dépourvu d’ouverture traversante axialement autre que l’alésage central (13).
2. Flasque (10) de rotor de machine électrique tournante autour d'un axe de rotation X, le flasque comportant une face intérieure (12) tournée vers une masse rotorique (4) du rotor, une face extérieure (11) opposée à la face intérieure, une tranche (14) radialement extérieure s'étendant entre la face intérieure et la face extérieure, et un alésage central (13), le flasque comportant :
- au moins deux cavités (15) ménagées sur la face extérieure (11) du flasque et réparties circonférentiellement autour de l’alésage central, chaque cavité étant délimitée au moins par une bordure circonférentielle (17) s’étendant le long de la tranche du flasque, et
- au moins une ailette (16) séparant deux cavités consécutives, l’ailette s’étendant sensiblement radialement et étant courbée lorsque le flasque est observé selon l’axe de rotation X, au moins une cavité (15) comportant une surface interne convexe ayant notamment un rayon de courbure variable lorsqu’on observe le flasque suivant une direction radiale.
3. Flasque (10) de rotor de machine électrique tournante autour d'un axe de rotation X, le flasque comportant une face intérieure (12) tournée vers une masse rotorique (4) du rotor, une face extérieure (11) opposée à la face intérieure, une tranche (14) radialement extérieure s'étendant entre la face intérieure et la face extérieure, et un alésage central (13), le flasque comportant :
- au moins deux cavités (15) ménagées sur la face extérieure (11) du flasque et réparties circonférentiellement autour de l’alésage central, chaque cavité étant délimitée au moins par une bordure circonférentielle (17) s’étendant le long de la tranche du flasque, et
- au moins une ailette (16) séparant deux cavités consécutives, l’ailette s’étendant sensiblement radialement et étant courbée lorsque le flasque est observé selon l’axe de rotation X, au moins une cavité (15) comportant une surface interne, l’angle d’inclinaison entre la surface interne d’une cavité et un plan perpendiculaire à l’axe de rotation étant compris entre 2° et 60°, mieux entre 5° et 30°, encore mieux entre 10° et 20°, lorsqu’ observée en coupe suivant un plan perpendiculaire à un axe radial s’étendant entre deux cavités consécutives.
4. Flasque (10) de rotor de machine électrique tournante autour d’un axe de rotation X, le flasque comportant une face intérieure (12) tournée vers une masse rotorique (4) du rotor, une face extérieure (11) opposée à la face intérieure, une tranche (14) radialement extérieure s'étendant entre la face intérieure et la face extérieure, et un alésage central (13), le flasque comportant :
- au moins deux cavités (15) ménagées sur la face extérieure (11) du flasque et réparties circonférentiellement autour de l’alésage central, chaque cavité étant délimitée au moins par une bordure circonférentielle (17) s’étendant le long de la tranche du flasque, et
- au moins une ailette (16) séparant deux cavités consécutives, l’ailette s’étendant sensiblement radialement et étant courbée lorsque le flasque est observé selon l’axe de rotation X, la bordure circonférentielle (17) reliant les extrémités radiales les plus proches de la tranche du flasque de deux ailettes consécutives entourant une cavité.
5. Flasque selon l’une des trois revendications précédentes, le flasque (10) étant dépourvu d’ouverture traversante axialement autre que l’alésage central (13).
6. Flasque selon l’une quelconque des revendications précédentes, au moins une cavité (15), notamment la moitié des cavités, mieux toutes les cavités, comportant une bordure circonférentielle (17) comportant une ouverture radiale (18) ménagée dans la tranche (14) du flasque.
7. Flasque selon la revendication précédente, la portion (180) de l’ouverture radiale (18) la plus proche de la face intérieure du flasque étant courbe lorsqu’elle est observée suivant une direction radiale ou la portion (180) de l’ouverture radiale (18) la plus proche de la face intérieure du flasque étant rectiligne lorsqu’elle est observée suivant une direction radiale.
8. Flasque selon l’une quelconque des revendications précédentes, au moins une cavité (15), notamment au moins la moitié des cavités, mieux toutes les cavités, comportant une bordure circonférentielle (17) avec au moins une portion d’épaisseur variable (170).
9. Flasque selon la revendication précédente, l’épaisseur (e) de la portion (170) de la bordure circonférentielle d’épaisseur variable étant croissante suivant le sens de rotation de la machine électrique.
10. Flasque selon l’une quelconque des revendications précédentes, au moins une cavité (15), notamment au moins la moitié des cavités, mieux toutes les cavités, comportant une bordure circonférentielle (17) avec une épaisseur constante.
11. Flasque selon la revendication précédente lorsqu’elle dépend de la revendication 1 ou de la revendication 5, comportant une alternance de cavités (15) comportant une bordure circonférentielle (17) avec une ouverture radiale (18) ménagée dans la tranche (14) du flasque et de cavités (15) comportant une bordure circonférentielle (17) d’épaisseur constante.
12. Flasque selon la revendication 10, , au moins une cavité (15), notamment au moins la moitié des cavités, mieux toutes les cavités, comportant une bordure circonférentielle (17) avec au moins une portion d’épaisseur variable (170), le flasque comportant une alternance de cavités (15) comportant une bordure circonférentielle (17) avec une portion (170) d’épaisseur variable et de cavités (15) comportant une bordure circonférentielle (17) d’épaisseur constante.
13. Flasque selon l’une quelconque des revendications précédentes, la surface interne (150) d’au moins une cavité (15) comportant au moins un point d’inflexion, mieux exactement un point d’inflexion, lorsqu’observée en coupe suivant un plan perpendiculaire à un axe radial s’étendant entre deux cavités consécutives.
14. Flasque selon l’une quelconque des revendications précédentes, au moins une cavité (15) comportant une surface interne convexe ayant un rayon de courbure variable lorsqu’on observe le flasque suivant une direction radiale.
15. Flasque selon l’une quelconque des revendications précédentes, au moins une ailette (16) présentant un rayon de courbure variable lorsqu’on observe le flasque suivant l’axe de rotation, notamment un rayon de courbure croissant lorsqu’on se rapproche de la tranche du flasque.
16. Flasque selon l’une quelconque des revendications précédentes, chaque ailette (16) comportant une face supérieure (161) contenue dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation et une première (162) et une deuxième (163) faces latérales reliant la face supérieure à chacune des cavités (15) adjacentes, au moins une ailette (16) ayant une face supérieure (161) reliée à la première face latérale (162) par une portion inclinée (160) par rapport à la face extérieure (11) du flasque lorsqu’on observe le flasque selon la direction radiale.
17. Rotor de machine électrique tournante autour d’un axe de rotation X, le rotor comportant une masse rotorique (4) et au moins un flasque (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, notamment un ou deux flasques selon l’une quelconque des revendications précédentes.
18. Rotor selon la revendication précédente, étant refroidi par circulation d’un gaz de refroidissement, notamment de l’air.
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