Titre : Rotor de machine électrique tournante

La présente invention revendique la priorité de la demande française 2112560 déposée le 26 novembre 2021 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 l’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.

La demande US 2021/0006111 a pour objet une masse rotorique comportant des ouvertures ménageant avec l’alésage centrale des ponts de matière de largeur constante.

Les demandes US 2015/0137632, JP 2015073387, WO 2021/047725, US 2020/0244117, WO 2020/233736 divulguent des masses rotoriques comportant des ouvertures ménageant avec l’alésage centrale des ponts de matières de largeur importante, notamment par rapport à la bande de matière entre deux ouvertures consécutives. Ces masses rotoriques ne permettent pas une déformation suffisante du pont de matière lors de l’insertion de la masse rotorique sur l’arbre et son maintien lors de la rotation du rotor. 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. Par ailleurs, des efforts d’emmanchement trop élevés peuvent dans certains cas conduire à une déformation des tôles de la masse rotorique et/ou à une détérioration de la surface extérieure de l’arbre.

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 de la masse rotorique sur l’arbre plus 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, le rotor comportant :

- un arbre disposé selon l’axe de rotation,

- une masse rotorique, s’étendant selon l’axe de rotation et disposée autour de l’arbre, la masse rotorique comportant :

- un alésage central pour le passage de l’arbre,

- au moins deux ouvertures, ménagées dans la masse rotorique et circonférentiellement réparties autour de l’alésage central, les deux ouvertures ménageant entre elles une bande radiale, la bande radiale comportant une plus petite largeur, au moins un pont de matière étant ménagé entre une ouverture et l’alésage central, le pont de matière étant de largeur variable et comportant une plus grande largeur et une plus faible largeur, et le rapport entre la plus petite largeur de la bande radiale et la plus grande largeur du pont de matière étant comprise entre 0,75 et 1,25, mieux entre 0,90 et 1,10, mieux entre 0,95 et 1,05, par exemple étant de l’ordre de 1.

Exposé de l’invention La plus petite largeur de la bande radiale peut être supérieure de 25%, mieux supérieure de 10%, mieux supérieur de 5% à la plus grande largeur du pont de matière. La plus petite largeur de la bande radiale peut être inférieure de 25%, mieux inférieure de 10%, mieux inférieure de 5% à la plus grande largeur du pont de matière. La plus petite largeur de la bande radiale et la plus grande largeur dupont de matière peuvent être sensiblement égale.

L’invention a également pour objet selon un autre de ses aspects, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un rotor de machine électrique, tournant autour d’un axe de rotation, le rotor comportant :

- un arbre disposé selon l’axe de rotation,

- une masse rotorique, s’étendant selon l’axe de rotation et disposée autour de l’arbre, la masse rotorique comportant :

- un alésage central pour le passage de l’arbre,

- au moins deux ouvertures, ménagées dans la masse rotorique circonférentiellement réparties autour de l’alésage central, au moins un pont de matière étant ménagé entre une ouverture et l’alésage central, le pont de matière étant de largeur variable et comportant une plus grande largeur et une plus faible largeur, le rapport entre la plus grande largeur et la plus faible largeur d’un pont de matière étant comprise entre 1,10 et 3,00, mieux entre 1,25 et 2,50, mieux entre 1,30 et 1,70, étant par exemple de l’ordre de 1,35.

Par « largeur de la bande radiale » on entend la distance entre deux bords de la bande radiale mesurée dans la direction circonférentielle. Les bords de la bande radiale sont définis par les ouvertures.

Par « largeur du pont de matière » on entend la distance entre deux bords du pont de matière mesurée dans la direction radiale. Les bords du pont de matière sont définis d’une part par l’alésage central et d’autre part par l’ouverture correspondante.

Un tel ratio permet une déformation élastique et/ou plastique du pont de matière. La déformation du pont de matière peut ne pas être uniquement plastique. La déformation du pont de matière peut ne pas être uniquement élastique. La déformation du pont de matière peut être élastique et plastique. Le pont de matière peut se déformer hors d’un plan perpendiculaire à l’axe de rotation lors de l’insertion de la masse ro torique sur l’arbre, notamment au niveau du bord de l’alésage central.

Le pont de matière peut également se déformer dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation. En particulier, le pont de matière peut se déplacer radialement légèrement vers l’extérieur. Cette déformation élastique et/ou plastique permet d’améliorer la flexibilité de la masse rotorique au moment de son insertion sur l’arbre par emmanchement, en particulier par frettage.

Un rotor selon l’invention permet de solidariser l’ensemble formé par la masse rotorique et l’arbre à des vitesses élevées. Il permet ainsi de limiter l’impact du chargement centrifuge contrairement à un simple ajustement à la presse pour la solidarisation de la masse rotorique à l’arbre. En particulier, les ouvertures disposées au-dessus des ponts de matières permettent d’alléger la masse rotorique par allégement de matière et diminue ainsi l’effet de centrifugation sur le pont de matière. La charge centrifuge du pont de matière peut ainsi être réduite, ce qui permet d’éviter la désolidarisation de la masse rotorique avec l’arbre. L'effet de retour élastique du pont de matière solidifie l’assemblage entre l’arbre du rotor et la masse rotorique.

Ponts de matière

Le rotor selon l’invention peut comporter un nombre de pont de matière par exemple compris entre 1 et 12. Le rotor selon l’invention peut notamment comporter un nombre pair de pont de matière, par exemple le rotor peut comporter 2, 4, 6, 8 ou 10 ponts de matière. En variante, le rotor selon l’invention peut comporter un nombre impair de ponts de matière, par exemple le rotor peut comporter 1, 3, 5, 7 ou 11 ponts de matière.

Le rotor selon l’invention peut comporter un nombre d’ouvertures par exemple compris entre 1 et 12. Le rotor selon l’invention peut comporter un nombre pair d’ouvertures, par exemple le rotor peut comporter 2, 4, 6, 8 ou 10 ouvertures. En variante, le rotor selon l’invention peut comporter un nombre impair d’ouvertures, par exemple le rotor peut comporter 1, 3, 5, 7 ou 11 ouvertures.

Le pont de matière peut comporter de part et d’autre de sa plus grande largeur des zones de plus faible largeur. Les zones de plus faible largeur permetent de réduire les cisaillements qui risquent d’engendrer une désolidarisation de la masse rotorique et de l’arbre.

Le rapport entre la plus grande largeur d’un pont de matière et la plus faible largeur d’un pont de matière peut être compris entre 1,10 et 3,00, mieux entre 1,25 et 2,50, mieux entre 1,30 et 1,70, étant par exemple de l’ordre de 1,35.

La plus faible largeur du pont de matière peut être comprise entre 30 et 90%, mieux entre 50 et 80%, par exemple de l’ordre de 75% de la plus grande largeur du pont de matière.

La zone de plus faible largeur du pont permet d’assurer suffisamment de rigidité au pont de matière pour qu’il ne se déforme pas trop hors de son plan, en particulier lors de l’insertion de la masse rotorique sur l’arbre.

Au moins un pont de matière, mieux tous les ponts de matière peuvent être sensiblement symétriques par rapport à un plan radial contenant l’axe de rotation X du rotor. Au moins une ouverture, mieux toutes les ouvertures peuvent être sensiblement symétriques par rapport à un plan radial contenant l’axe de rotation X du rotor. Le plan de symétrie d’un pont de matière peut être confondu avec le plan de symétrie de l’ouverture ménageant ce pont de matière.

Un pont de matière peut être dépourvu d’arête vive. Ceci permet d’éviter la concentration des contraintes et augmente ainsi la durée de vie en fatigue de la zone. L’usure du rotor est donc réduite.

Languette

Un pont de matière peut comporter une ou plusieurs languettes disposées entre des zones de plus faible largeur.

La languette peut notamment s’étendre dans l’alésage central.

La ou les languettes peuvent être sensiblement centrées autour de la plus grande largeur du pont de matière. Un plan de symétrie de la languette peut être confondu avec un plan de symétrie du pont de matière et/ou un plan de symétrie de l’ouverture. La ou les languettes peuvent être alignées radialement avec la ou les ouvertures. La languette est disposée radialement entre l’alésage central et l’ouverture.

En variante, la ou les languettes peuvent ne pas être centrées autour de la plus grande largeur du pont de matière. Un plan de symétrie de la languette peut ne pas être confondu avec un plan de symétrie du pont de matière ni avec un plan de symétrie de l’ouverture. Une languette peut par exemple être décalée de 10° par rapport à un plan de symétrie de l’ouverture.

La languette peut ne pas comporter de plan de symétrie.

La ou les languettes peuvent ne pas se plier lors de l’insertion de la masse rotorique sur l’arbre. En revanche, les languettes peuvent se déformer hors du plan de la tôle de la masse rotorique lors de l’insertion de la masse rotorique sur l’arbre. De plus, la courbure de la languette en contact avec l’arbre se déforme lors de l’insertion de la masse rotorique.

Du côté de l’alésage central, la zone de jonction entre la languette et chacune des zones de plus faible largeur adjacentes peut être courbe. Le rayon de courbure de la zone de jonction peut être d’au moins 0,1 mm, mieux d’au moins 0,2 mm, mieux d’au moins 0,3 mm, par exemple de l’ordre de 0,35 mm.

La languette peut être frettée sur l’arbre.

La dimension circonférentielle de la languette peut être comprise entre 1 et 40% du diamètre de l’alésage central, mieux entre 5 et 15%, par exemple de l’ordre de 9% du diamètre de l’alésage central.

La dimension circonférentielle de la languette correspond à la dimension circonférentielle de la partie du pont de matière en contact avec l’arbre. La dimension circonférentielle d’une languette peut être comprise entre 1 et 10 mm, mieux entre 2 et 5 mm par exemple de l’ordre de 3 mm.

Par « dimension circonférentielle du pont de matière », on désigne la distance mesurée circonférentiellement entre deux points du pont de matière disposés dans une zone de largeur égale à la plus faible largeur du pont de matière. La dimension circonférentielle d’une languette peut être comprise entre 1/3 et 1/2 de la dimension circonférentielle du pont de matière.

Un frettage sur tout le diamètre intérieur de la masse rotorique risquerait de cisailler la tôle lors de l’assemblage. Les zones de largeur plus faible permettent de serrer plus fort sur des surfaces frettées moins larges tout en évitant le cisaillement qui engendrerait une désolidarisation de la masse rotorique avec l’arbre.

L’arbre peut être sensiblement lisse, l’arbre étant notamment dépourvu de relief.

L’arbre peut être dépourvu de relief sur sa surface extérieure. En particulier l’arbre peut ne pas comporter de rainure. En variante ou additionnellement, l’arbre peut ne pas comporter d’aplat sur sa surface extérieure. L’arbre peut être de forme sensiblement circulaire lorsqu’il est observé en section transversale.

Dans un mode de réalisation, l’arbre peut être réalisé dans un matériau d’une dureté supérieure à 400 HV, mieux supérieure à 500 HV, voire encore supérieure à 600 HV, étant par exemple un acier dur de dureté supérieure à 650 HV.

Dans un mode de réalisation, la masse rotorique peut être réalisée dans un matériau d’une dureté inférieure à 300 HV, mieux inférieure à 250 HV, voire encore inférieure à 220 HV, étant par exemple de l’ordre de 200 HV.

Les languettes ne sont pas insérées dans des rainures de l’arbre, qui permettraient de bloquer en rotation la masse rotorique par rapport à l’arbre.

Le bord de la languette du côté de l’alésage central peut être convexe, en particulier légèrement convexe. Le rayon de courbure du bord de la languette du côté de l’alésage central peut être sensiblement égal au rayon de l’alésage central de la masse rotorique. Le rayon de courbure du bord de la languette du côté de l’alésage central peut être sensiblement égal au rayon de l’arbre. Le rayon de courbure du bord de la languette du côté de l’alésage central peut être compris entre 5 et 200 mm, mieux entre 20 et 100 mm, mieux entre 30 et 50 mm par exemple de l’ordre de 33 mm ou de l’ordre de 43 mm. En variante, le bord de la languette du côté de l’alésage central peut être droit.

Le bord de la languette du côté de l’ouverture peut être concave. En variante, le bord de la languette du côté de l’ouverture peut être droit.

Evidements

Les variations de largeur du pont de matière peuvent former des évidements autour de la plus grande largeur du pont de matière, notamment au niveau du bord de l’alésage central. Les évidements peuvent ainsi être disposés de part et d’autre de la languette.

Les variations de largeur du pont de matière peuvent être de telle sorte que les évidements formés autour de la plus grande largeur du pont de matière peuvent comporter des portions courbes ménagées dans le bord de l’alésage central. Les portions courbes peuvent être des portions concaves et/ou convexes. Les évidements peuvent par exemple présenter une forme de lunule. Le rayon de courbure des portions courbe des évidements peut être supérieur à 0,35 mm, mieux supérieure à 1 mm, mieux supérieur à 2 mm, mieux supérieur à 3 mm, mieux supérieur à 4 mm, par exemple de l’ordre de 5 mm.

Les évidements peuvent ménager un passage pour fluide de refroidissement entre l’arbre et la masse rotorique. Il n’est ainsi pas nécessaire d’avoir à usiner des formes complexes, telles que des rainures au niveau de l’arbre et/ou de la masse rotorique. Le rotor selon l’invention est donc plus simple à fabriquer et plus économique.

Le rotor selon l’invention offre plus de flexibilité pour assurer un refroidissement via le rotor. Le rotor selon l’invention est compatible avec diverses formes et dispositions de passage de refroidissement et différents types de distribution de fluide de refroidissement.

Les évidements permettent aussi de libérer les contraintes subies par le pont de matière, et en particulier sur la languette, en permettant sa déformation élastique et/ou plastique. La force normale de réaction va pousser la languette contre l'arbre pour verrouiller l'ensemble et le maintenir en place.

Tôles

La masse rotorique peut être formée d’un empilement de tôles formant des paquets, notamment de tôles toutes sensiblement identiques, à savoir au moins identiques du côté de l’arbre.

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.

Les tôles sont magnétiques. Les tôles de la masse rotorique peuvent être toutes identiques du côté de leur coopération avec l’arbre. En particulier, la masse rotorique peut ne pas être massive. Les ponts de matière et les languettes peuvent être réalisés 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 des 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.

Au moins une première et une deuxième tôle de l’empilement de tôles peuvent être décalées angulairement de sorte que les languettes des ponts de matière de la première tôle ne sont pas alignées avec les languettes des ponts de matières de la deuxième tôle.

La première et la deuxième tôle peuvent être décalées angulairement d’un angle compris entre 1 et 10°, mieux entre 2 et 8 °, mieux entre 3 et 5°, par exemple de l’ordre de 3,75°.

Au moins un premier et un deuxième paquet de tôles de l’empilement de tôles peuvent être décalés angulairement de sorte que les languettes des ponts de matière du premier paquet ne sont pas alignées avec les languettes des ponts de matières du deuxième paquet.

Le premier et le deuxième paquets peuvent être décalés angulairement d’un angle compris entre 1 et 10°, mieux entre 2 et 8 °, mieux entre 3 et 5°, par exemple de l’ordre de 3,75°.

Ouvertures

Les ouvertures peuvent avoir une plus grande dimension circonférentielle comprise entre 5 mm et 100 mm, mieux entre 10 et 70 mm, mieux entre 15 et 40, par exemple de l’ordre de 20 mm ou 25 mm.

La dimension circonférentielle des ouvertures est suffisamment élevée pour que les bandes radiales entre les ouvertures soient suffisamment fines pour permettre la déformation des ponts de matière.

La dimension circonférentielle d’une ouverture peut être supérieure à sa dimension radiale. Par exemple, la dimension circonférentielle d’une ouverture peut être égale à au moins 1,1 fois, mieux à au moins 1,3 fois, mieux à au moins 1,5 fois, mieux à au moins 2 fois sa dimension radiale.

En variante, la dimension circonférentielle d’une ouverture peut être inférieure à sa dimension radiale. En variante encore, la dimension circonférentielle d’une ouverture peut être égale à une dimension radiale. Les ouvertures peuvent être de forme sensiblement triangulaire, rectangulaire, circulaire, ovale, ob longue, trapézoïdale, multilobée. Les ouvertures peuvent toutes être identiques pour une même tôle. En variante au moins deux ouvertures peuvent être de formes et/ou de tailles différentes. Les ouvertures peuvent toutes être identiques pour un même paquet de tôle. En variante au moins deux tôles d’un même paquet peuvent comporter des ouvertures de formes et/ou de tailles différentes.

Les ouvertures peuvent également permettre le passage de tirants, en particulier des tirants servant à tenir le paquet de tôles. Les ouvertures permettent d’insérer des tirants et de les positionner les plus à l’extérieur possible pour comprimer les paquets de tôles et pour éviter le foisonnement des tôles..

Les ouvertures peuvent également servir à la circulation d’un fluide de refroidissement, améliorant ainsi le refroidissement du rotor.

Les ouvertures permettent d’améliorer la tenue mécanique du rotor.

Les formes des ouvertures peuvent être simples. La découpe des tôles de la masse rotorique peut ainsi se faire de manière moins complexe et l’assemblage peut être plus simple.

La circonférence interne d’une ouverture peut comporter des portions courbes, par exemple des portions circulaires. Les portions courbes peuvent avoir un rayon de courbure d’au moins 0,35 mm, mieux d’au moins 0,75 mm, mieux d’au moins 1 mm, mieux d’au moins 2 mm, mieux d’au moins 3 mm. En variante ou additionnement, l’ouverture peut comporter une portion rectiligne.

Rotor

Le rotor peut comporter des aimants permanents, avec notamment des aimants surfaciques ou enterrés. Les aimants permanents peuvent être disposés dans des logements.

La plus grande dimension radiale d’une ouverture peut dépendre de la position des logements des aimants et en particulier de leur distance radiale par rapport à l’axe de rotation.

La distance radiale entre le bord d’une ouverture le plus éloigné de l’axe de rotation et un logement d’aimant disposé à une même position circonférentielle peut être comprise entre 1 et 10 mm, mieux entre 2 et 7 mm, mieux entre 3 et 6 mm, par exemple de l’ordre de 5 mm. La plus faible largeur 1b de la bande radiale peut être supérieure ou égale à la distance radiale entre le bord d’une ouverture le plus éloigné de l’axe de rotation et les logements des aimants

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 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 paquets alignés suivant la direction axiale, par exemple au moins deux paquets. Chacun des paquets peut être décalé angulairement par rapport aux paquets adjacents (« step skew » en anglais).

Machine et stator

L’invention a également pour objet, selon un autre de ses aspects, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, une machine électrique tournante comportant un rotor tel que décrit ci-dessus et un stator.

La machine peut être utilisée comme moteur ou comme générateur. La machine peut être à reluctance. Elle peut constituer un moteur synchrone ou en variante un générateur synchrone. En variante encore, elle constitue une machine asynchrone.

La vitesse maximale de rotation de la machine peut être élevée, étant par exemple supérieure à 10 000 tr/min, mieux supérieure à 12 000 tr/min, étant par exemple de l’ordre de 14 000 tr/min à 15 000 tr/min, voire même de 20 000 tr/min ou de 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, peuvent être en forme d'épingle en U ou en I.

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.

Procédé de fabrication L’invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un procédé de fabrication d’un rotor tel que décrit ci-dessus, comportant les étapes suivantes :

(a) Fournir un arbre du rotor et une masse rotorique comportant au moins un pont de matière de largeur variable,

(b) Monter la masse rotorique sur l’arbre du rotor, par emmanchement, notamment par insertion à force ou par frettage.

Le ou les ponts de matières peuvent subir une déformation élastique et/ou plastique lors de l’insertion de la masse rotorique sur l’arbre, notamment une déformation élastique et plastique.

Lors de l’étape (b) de montage, on peut déplacer selon l’axe de rotation X la masse rotorique relativement à l’arbre. La masse rotorique peut être maintenue immobile, et l’arbre peut être enfilé dans la masse rotorique, ou en variante l’arbre peut être maintenu immobile, et la masse rotorique peut être enfilée sur l’arbre. Grâce à l’invention, la force nécessaire à l’insertion est diminuée, notamment par rapport à un rotor qui serait assemblé avec un système de serrage. En outre, le centrage est plus facile, de même que l’alignement angulaire des pôles du rotor. L’insertion en est facilitée, de même que le procédé de montage. Le nombre d’opérations nécessaires à la mise en œuvre du procédé peut être diminué, ainsi que le besoin d’outillages auxiliaires.

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 coupe transversale, schématique et partielle, d’un masse rotorique réalisée conformément à l’invention.

[Fig 2] Fa figure 2 est une vue de détail d’un pont de matière de la masse rotorique de la figure 1.

[Fig 3] Fa figure 3 est une vue analogue à la figure 2.

[Fig 4] Fa figure 4 est une vue analogue à la figure 2.

[Fig 5] Fa figure 5 est une vue schématique et partielle du montage de la masse rotorique de la figure 1 sur un arbre. [Fig 6] La figure 6 est une vue analogue à la figure 1 d’une variante de réalisation.

[Fig 7] La figure 7 est une vue analogue à la figure 1 d’une variante de réalisation.

[Fig 8] La figure 8 est une vue en coupe transversale, schématique et partielle, du contour de l’alésage central d’une masse rotorique selon une variante de réalisation.

[Fig 9] La figure 9 est une vue en perspective, schématique et partielle, d’une masse rotorique selon une variante de réalisation.

[Fig 10] La figure 10 est une vue analogue à la figure 1 d’une variante de réalisation.

Description détaillée

On a illustré aux figures 1 à 4 un rotor intérieur 1 de machine électrique tournante, 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 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 4 pour le montage sur un arbre non représenté. L’arbre peut, dans l’exemple considéré, être réalisé dans un matériau amagnétique, par exemple en inox amagnétique, ou au contraire être magnétique.

La masse rotorique comporte des ouvertures 5 équiréparties circonférentiellement autour de l’alésage central 4. Les ouvertures comportent une plus grande dimension circonférentielle l ₀ et une plus grande dimension radiale h _o . La plus grande dimension circonférentielle l ₀ est supérieure à la plus grande dimension radiale h _o . Dans l’exemple représenté, les ouvertures 5 sont toutes identiques et chaque ouverture est symétrique par rapport à un plan radial contenant l’axe X de rotation.

Les ouvertures 5 ménagent entre elles des bandes radiales 6. Les bandes radiales sont de largeur variable et présentent une plus faible largeur lb. Dans l’exemple illustré, la plus faible largeur lb des bandes radiales est de l’ordre de 5 mm.

Des ponts de matière 7 sont ménagés entre les ouvertures 5 et l’alésage central 4. Ces ponts de matières sont de largeur variable. Ils comportent une plus grande largeur Ipmax et une plus faible largeur l _pmin . Dans l’exemple représenté, la plus grande largeur l _pmax est de l’ordre de 5 mm et la plus faible largeur l _pmin est de l’ordre de 3,7 mm. Le rapport entre la plus grande largeur l _pmax et la plus faible largeur l _pmin est dans cet exemple de l’ordre de 1,35.

La plus faible largeur lb de la bande radiale 6 est sensiblement égale à la plus grande largeur l _pmax du pont de matière 7 ménagé par l’une des ouvertures 5 ménageant la bande radiale 6 dans l’exemple des figures 1 à 4. Le rapport entre la plus petite largeur de la bande radiale lb et la plus grande largeur du pont de matière lpmax est de l’ordre de 1. Ceci permet une déformation suffisante du pont de matière pour permettre l’insertion de la masse rotorique sur l’arbre.

Les ponts de matière 7 sont tous sensiblement symétriques par rapport à un plan comportant l’axe de rotation X. Le plan de symétrie de chaque pont de matière 7 est confondu avec le plan de symétrie de l’ouverture 4 qui ménage le pont de matière. Le plan contenant la plus grande largeur du pont de matière peut être confondu avec le plan de symétrie de ce dernier.

Chaque pont de matière 7 comporte de part et d’autre de sa plus grande largeur des zones de plus faible largeur 75. Ainsi, chaque pont de matière comporte une portion élargie entourée de part et d’autre par une portion amincie.

Dans l’exemple représenté, chaque pont de matière 7 comporte une languette 70 disposée entre les zones de plus faible largeur 75. Comme cela est plus particulièrement visible aux figures 3 et 4, le bord 71 de la languette 70 du côté de l’alésage central 4 est légèrement convexe. Le bord 72 de la languette 70 du côté de l’ouverture 5 est concave.

Dans cet exemple, la languette 70 est frettée sur l’arbre lorsqu’il est inséré dans l’alésage central. La dimension circonférentielle de la languette est de l’ordre de 3 mm. Les variations de largeur du pont de matière 7 forment des évidements 8 autour de la plus grande largeur l _pmax du pont de matière 7 du côté de l’alésage central. Dans l’exemple représenté, les évidements 8 ont une forme de lunule. Dans l’exemple représenté, les évidements 8 comportent un bord circulaire 81 de rayon de courbure de l’ordre de 5 mm. Le bord 82 faisant la jonction entre un évidement 8 et la languette 70 est courbe et présente un rayon de courbure de l’ordre de 0,35 mm.

La circonférence interne d’une ouverture 5 comporte des portions courbes et des portions droites. Dans l’exemple illustré, les portions courbes de la circonférence interne de l’ouverture qui délimitent les bords 73 des zones de plus faible largeur d’un pont de matière

7 ont un rayon de courbure de l’ordre de 3 mm.

La figure 5 illustre une masse rotorique 3 selon l’invention frettée sur un arbre 9. La languette 70 se déforme hors d’un plan perpendiculaire à l’axe de rotation X sans se plier.

Par ailleurs, le pont de matière se déforme également dans le plan perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor et qui contient le pont de matière. En particulier, le pont de matière se déforme et se déplace dans l’ouverture 5 correspondante lors de 1 ’ emmanchement.

Les lignes en pointillés illustrent, de manière exagérée, la déformation de la tôle due à la force centrifuge lorsque le rotor tourne à des vitesses élevées.

Les évidements 8 laissent un espace libre dans lequel on peut faire circuler un fluide de refroidissement.

Les figures 6 et 7 illustrent des variantes de réalisation de l’invention dans lesquelles les formes des ouvertures 5 diffèrent. Dans les deux modes de réalisation représentés, les ouvertures comportent des bords droits et des bords courbes. Dans le mode de réalisation de la figure 6, les ouvertures sont de forme sensiblement triangulaire. Dans le mode de réalisation de la figure 7, les ouvertures sont de forme sensiblement trapézoïdale.

La figure 8 illustre un mode de réalisation dans lequel la forme des évidements

8 diffère des modes de réalisation des figures 1 à 7. Dans les modes de réalisation des figures 1 à 7 les évidements ont une forme de lunule. Dans les modes de réalisation de la figure 8, les évidements 8 sont circulaires.

Les différentes formes d’ouvertures 5 et d’évidements 8 présentés permettent une déformation suffisante du pont de matière pour l’emmanchement de la masse rotorique sur l’arbre. D’autres formes encore que celles représentées peuvent convenir pour la mise en œuvre de l’invention.

On a illustré à la figure 9 un premier paquet de tôles 3 la et un deuxième paquet de tôles 31b d’un empilement de tôles formant la masse rotorique 3. Les tôles des deux paquets de tôles sont identiques entre elles et sont les mêmes que celles représentées aux figures 1 à 5. Les premier et deuxième paquets de tôles sont décalés angulairement d’un angle de l’ordre de 3,75°. Ainsi, les languettes 70a des tôles du premier paquet de tôles ne sont pas alignées avec les languettes 70b des tôles du deuxième paquet de tôles.

Dans le mode de réalisation de la figure 10, le plan de symétrie de la languette 70 n’est pas confondu avec le plan de symétrie dupont de matière ni avec un plan de symétrie de l’ouverture. La languette peut par exemple être décalée de 10° par rapport à un plan de symétrie de l’ouverture.

Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d’être décrits. Par exemple, le nombre de ponts de matière et/ou d’ouvertures peut varier et ceux-ci peuvent présenter des formes différentes.