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WO2021099023A1 - Rotor pour machine électrique tournante - Google Patents

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Publication number
WO2021099023A1
WO2021099023A1 PCT/EP2020/078036 EP2020078036W WO2021099023A1 WO 2021099023 A1 WO2021099023 A1 WO 2021099023A1 EP 2020078036 W EP2020078036 W EP 2020078036W WO 2021099023 A1 WO2021099023 A1 WO 2021099023A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pole wheel
radially
claw
extension
claws
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/078036
Other languages
English (en)
Inventor
Michel Fakes
Pierre Faverolle
Marouane Mbarki
Original Assignee
Valeo Equipements Electriques Moteur
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Equipements Electriques Moteur filed Critical Valeo Equipements Electriques Moteur
Publication of WO2021099023A1 publication Critical patent/WO2021099023A1/fr

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/24—Rotor cores with salient poles ; Variable reluctance rotors
    • H02K1/243—Rotor cores with salient poles ; Variable reluctance rotors of the claw-pole type

Definitions

  • the present invention relates to a rotor for a rotary electric machine as well as such a rotary electric machine.
  • the electrical machine is for example an alternator or an alternator-starter supplied by a nominal voltage of 12V or 48V, or even more.
  • This electric machine can be integrated into a hybrid or purely electric powered vehicle, for example an automobile.
  • each pole wheel comprising at its outer radial periphery a series of claws of generally trapezoidal shape, which extend axially in the direction of the other pole wheel.
  • This chamfer can make it possible to balance the rotor, holes can be drilled in the latter.
  • This chamfer also defines a deformation zone for the claws when the latter are centrifuged during the rotation of the rotor. This deformation must not be excessive, otherwise the claws may break and / or come into contact with the stator, which is not compatible with proper operation of the rotating electrical machine.
  • the part of the pole wheel at which the chamfer is formed is traversed by the magnetic flux of the machine so that this part must not saturate, that is to say not present any restriction in the magnetic flux passage section.
  • this chamfer can contribute to the emission of aerodynamic noise during the rotation of the rotor.
  • the object of the invention is to meet this need and it achieves this, according to one of its aspects, by means of a rotor for a rotating electrical machine, comprising:
  • a first pole wheel comprising a bottom extending radially on either side of the axis, the wheel defining a series of claws of generally trapezoidal shape, each claw extending axially in the direction of the second pole wheel from a base disposed on the radially outer periphery of the bottom, the bottom having at each claw a surface opposite to the direction of extension of the claws, which comprises:
  • a second pole wheel comprising a base extending radially on either side of the axis, the wheel defining a series of claws of generally trapezoidal shape, each claw extending axially in the direction of the first pole wheel from a base disposed on the radially outer periphery of the bottom, the bottom having at each claw a surface opposite to the direction of extension of the claws, which comprises:
  • the angle between the radially outer portion and the radially inner portion being constant for the second pole wheel and equal to a second angle value, the first angle value being different from the second value of angle.
  • different values are thus chosen for the angle provided on the first pole wheel and for the angle provided on the second pole wheel. These different values can make it possible to create an asymmetry and therefore to reduce the aerodynamic noise caused by the presence of these angles at the level of the radially outer edge of the bottom of the pole wheels and of the rotation of these inclined surfaces facing the winding chignons. of the stator of the rotating electric machine.
  • Each of the first and second angles can be obtained by chamfering the pole wheels.
  • the rotor is for example integrated into a rotating electrical machine comprising a power electronic component capable of being connected to an on-board network of the vehicle, and the first pole wheel is for example closer to this component than is the second wheel.
  • the rotating electric machine may include a pulley capable of being connected to the crankshaft of a heat engine of the vehicle, in which case the second pole wheel is closer to this pulley than is the first pole wheel.
  • the first angle value can differ from the second angle value by more than 5% of the second angle value.
  • the first angle value can be between 43.5 ° and 50.7 ° while the second angle value can be between 37.8 ° and 50.7 °.
  • the inventors have discovered that the above value ranges for the respective pole wheels with different first and second angle values constitute an advantageous embodiment in that it allows the rotor to exhibit a satisfactory compromise between the following parameters : aerodynamic noise, displacement under centrifugation of the claws, and magnetic saturation in the claws.
  • the first angle value is equal to 43.5 ° and the second angle value is equal to 37.8 °.
  • the radially outer portion of the bottom surface opposite the direction of extension of the claws may have an axial dimension greater than 5 mm.
  • the radially outer portion of the surface of the base can be directly radially in the extension of the radially inner portion of this same surface for each base of a pole wheel.
  • the bottom surface of the pole wheel opposite the direction of extension of the claws can be formed by the radially inner portion which is followed radially by the radially outer portion, without any other radially interposed portion.
  • one or more intermediate portions may be interposed between the radially outer portion and the radially inner portion of the bottom.
  • each of these pole wheels can have its claws each having a radially inner edge and a radially outer edge, the radially outer edge of the claw being directly in the extension of the radially outer portion of said bottom surface of the pole wheel.
  • the radially inner edge of the claw may be directly in the extension of a bottom surface of the pole wheel facing the other pole wheel.
  • the radially inner edge of the claw is not in the direct extension of this bottom surface of the pole wheel, an intermediate surface being interposed between this radially inner edge and this bottom surface of the pole wheel.
  • the radially inner portion of the bottom surface opposite to the direction of extension of the claw may be parallel to the bottom surface facing the other pole wheel and in direct extension of which is the radially inner edge of the claw.
  • the pole wheel can then present in its radially inner zone a form of plate, the end surfaces of which axially speaking can both be substantially perpendicular to the axis of rotation.
  • the ratio between the radius of the radially outer end of the radially outer portion of the bottom surface opposite the direction of extension of the claws and the radius of the radially inner end of this same portion may be greater. to 1.3.
  • the ratio between the radius of the radially outer end of the bottom surface facing the other pole wheel and the radius of the radially inner end of the bottom surface opposite to the direction of extension of the claws may be greater than 0.96.
  • the radially inner portion of the bottom surface opposite to the direction of extension of the claws is not parallel to the bottom surface facing the other pole wheel and in direct extension of which is the radially inner edge. of the claw, this bottom surface facing the other pole wheel being for example against parallel to the radially outer portion of the bottom surface opposite to the direction of extension of the claws.
  • each claw may extend exclusively axially, that is, its distance from the axis of rotation of the shaft remains constant throughout the claw.
  • the distance from the radially outer edge of the claw to the axis of rotation of the shaft may not be constant, for example decreasing monotonically when moving from the base of the claw to its free end. .
  • each claw may extend exclusively axially, that is, its distance from the axis of rotation of the shaft remains constant throughout the claw.
  • the distance from the radially inner edge of the claw to the axis of rotation of the shaft may not be constant, for example increasing monotonically as one moves from the base of the claw to its free end. .
  • the rotor may include a plurality of permanent magnets, each permanent magnet being mounted between two consecutive claws circumferentially speaking of the rotor.
  • Each claw may have circumferential faces in which a groove is formed to accommodate a circumferential end of a permanent magnet.
  • Each magnet is thus disposed circumferentially between a claw belonging to the first pole wheel and a claw belonging to the second pole wheel.
  • each pole wheel may include an electrical excitation winding, coiled around the shaft, and disposed radially inside the claws.
  • each pole wheel can come into contact via its radially inner portion with the radially inner portion of the other pole wheel.
  • the rotor may include a core which is axially interposed between the respective radially inner portions of the two pole wheels.
  • At least one of the pole wheels may carry a fan.
  • At least one blade of this fan can be fixed on a radially outer portion of the bottom surface of said pole wheel opposite to the direction of extension of the claws of said pole wheel.
  • Such an arrangement of the blades can make it possible to direct the air over most, if not all, of the height of the corresponding chignon of the electric winding of the stator.
  • Each of the blades may extend only along said radially outer portion of the bottom surface or also extend beyond this portion.
  • Each claw of the pole wheel can carry via said radially outer portion one or more fan blades. Alternatively, only some claws of the pole wheel carry one or more blades, some claws of this pole wheel do not.
  • the fan can be attached to the pole wheel, for example by gluing, shrinking, welding.
  • the rotor can include any number of pole pairs, for example six or eight pole pairs.
  • the number of fan blades may be odd.
  • the number of blades of each fan is preferably different from the number of pole pairs of the rotor.
  • Another subject of the invention is a rotating electric machine for propelling an electric or hybrid vehicle, comprising the rotor mentioned above.
  • This electrical machine can also include a stator and the latter can include a polyphase electrical winding, for example formed by wires or by conductive bars connected to one another.
  • the rotating electrical machine can comprise an electronic power component, able to be connected to the on-board network of the vehicle, the first pole wheel being closer to this electronic power component than the second pole wheel.
  • This electronic power component comprises for example an inverter / rectifier making it possible, depending on whether the electric machine operates as a motor or as a generator, to charge an on-board network of the vehicle or to be electrically supplied from this network.
  • the rotating electric machine may also include a pulley or any other means of connection to the rest of the vehicle's powertrain.
  • the electric machine is for example connected, in particular via a belt, to the crankshaft of the heat engine of the vehicle.
  • FIG. 1 shows a sectional view of an electric machine to which the invention applies
  • FIGS. 2 and 3 are views in elevation and in section of a pole wheel of an electric machine rotor according to a first example of implementation of the invention
  • FIGS. 4 and 5 are views in elevation and in section of a pole wheel of an electric machine rotor according to a second exemplary implementation of the invention
  • FIG. 6 is a sectional view of a pole wheel according to a variant of the second example of implementation of the invention.
  • FIG. 8 schematically shows a particular embodiment of the fan applying to the first as to the second implementation example above.
  • FIG. 1 shows a polyphase rotary electrical machine 1, in particular for a motor vehicle.
  • This rotating electrical machine can form an alternator or an alternator-starter of the vehicle.
  • This rotating electrical machine can be supplied via a power electronic component 9 comprising an inverter / rectifier by a battery whose nominal voltage is 48V or a value greater than 300V, for example.
  • the rotary electrical machine 1 comprises a casing 2. Inside this casing 2, it further comprises a shaft 3, a rotor 4 integral in rotation with the shaft 3 and a stator 5 surrounding the rotor 4. The Rotary movement of the rotor 4 takes place around an axis X.
  • the housing 2 comprises a front bearing 6 and a rear bearing 7 which are assembled together. These bearings 6, 7 are hollow in shape and each carry a respective ball bearing 10, 11 centrally for the rotational mounting of the shaft 3.
  • a pulley 12 is in the example considered fixed to a front end of the shaft 3, at the level of the front bearing 6, for example using a nut resting on the bottom of the cavity of this pulley.
  • This pulley 12 transmits the rotational movement to the shaft 3 and it can be connected via a belt to the crankshaft of the heat engine of the vehicle.
  • the rear end of the shaft 3 carries, here, slip rings belonging to a collector and connected by wire links to the winding. Brushes belonging to a brush holder 8 are arranged so as to rub on the slip rings.
  • the front bearing 6 and the rear bearing 7 may further include substantially lateral openings for the passage of air in order to allow the cooling of the rotating electrical machine by air circulation generated by the rotation of a fan.
  • the stator 5 comprises a body 15 in the form of a bundle of sheets provided with notches, for example of the semi-closed or open type, equipped with insulating notches for mounting the electrical winding.
  • polyphase of the stator Each phase comprises a winding 16 passing through the notches of the body 15 and forming, with all the phases, a front bun and a rear bun on either side of the body of the stator.
  • the windings 16 are for example obtained from a continuous wire covered with enamel or from conductive elements in the form of a bar such as pins connected together.
  • the electric winding of the stator is for example three-phase, then implementing a star or delta connection, the outputs of which are connected to the electronic power component 9.
  • the rotor 4 of FIG. 1 is a claw rotor. It has two pole wheels 17. The first pole wheel 17 is turned towards the electronic power component 9 while the second pole wheel 17 is turned towards the pulley 12.
  • Each of the pole wheels 17 includes a bottom 18 extending radially on either side of the X axis, the wheel defining a series of claws 19 of generally trapezoidal shape.
  • Each claw of a pole wheel 17 extends axially in the direction of the other pole wheel from a base arranged on the radially outer periphery of the base 18.
  • the bottom 18 may have, at the level of each claw, a surface opposite to the direction of extension of this claw 19, which comprises: a radially outer portion 40, and a radially inner portion 4L
  • the radially outer portion 40 is directly in the radial extension of the radially inner portion 41, but the invention is not limited to such an example.
  • One or more intermediate portions may be radially interposed between this radially outer portion 40 and this radially inner portion 4L.
  • Each pole wheel 17 comes in the example of Figure 1 in axially speaking contact with the other pole wheel 17 of the rotor via a radially inner portion 20 of this wheel which may be cylindrical.
  • the rotor 4 also comprises, between the radially inner portions 20 and the claws 19, a coil 21 comprising, here, a winding hub and an electrical winding on this hub. Coil 21 may be wound on coil insulator 22.
  • the rotor 4 can also include permanent magnets (not shown) interposed between two adjacent claws 19 at the outer periphery of the rotor. As a variant, the rotor 4 can be devoid of such permanent magnets.
  • the number of pairs of poles defined by the rotor 4 can be any, for example equal to six or eight.
  • the invention consists in providing for the acute angle al formed between said portions 40 and 41 for the first pole wheel 17 the same first constant value on this first pole wheel 17 which is different from the second value a2 which is constant on the second pole wheel for the acute angle formed between the portions 40 and 41 for this second pole wheel 17. This difference between the first and the second value may be equal to at least 5% of the second value.
  • the first angle value is for example, according to an advantageous but non-limiting embodiment, between 43.5 ° and 50.7 ° and the second angle value is for example, still according to this advantageous embodiment but non-limiting, between 37.8 ° and 50.7 °.
  • Figure 7 corresponds to simulations carried out on a machine with six pairs of poles with a rotor with an external diameter equal to 107.35 mm, a stator with an external diameter of 137 mm and a nominal current of 250 A at the stator in generator operation. .
  • each claw 19 is directly in the extension of a surface 46 of the bottom 18 of the pole wheel 17 facing the other pole wheel 17, and this surface 46 is parallel to the radially inner portion 41 of the surface of this bottom 18 opposite to the direction of extension of the claws 19.
  • These parallel surfaces are thus both perpendicular to the X axis.
  • the ratio between the radius RI of the radially outer end of the radially outer portion 40 and the radius R3 of the radially inner end of this same portion 40 may be greater than 1.3 and the ratio between the radius R2 of the radially outer end of the surface 46 of the bottom 18 and the aforementioned radius R3 may be greater than 0.96.
  • the radially inner edge 45 of each claw 19 is directly in the extension of a surface 46 of the bottom 18 of the pole wheel 17 facing the other pole wheel 17.
  • This surface 46 is here parallel to the radially outer portion 40 of the surface of this bottom 18 opposite the direction of extension of the claws 19.
  • the ratio between the aforementioned spokes RI and R3 can be greater than 1, 1, being for example between 1.1 and 1.3.
  • FIG. 6 represents a variant of the second example of implementation in which the radially inner edge 45 of each claw 19 is not directly in the extension of a surface 46 of the bottom 18 of the pole wheel 17 facing the other pole wheel 17, an intermediate surface 49 being interposed between the edge 45 and the surface 46.
  • the first and second angles can be obtained by chamfering the pole wheels 17.
  • Each radially outer portion 41 of a pole wheel 17 can carry a fan blade 50 fixed thereto, so that the corresponding fan is formed by the union of discrete blades.
  • only certain radially outer portions 41 of a pole wheel 17 carry one or more blades, other of these portions 41 not carrying blades. This ensures that the number of fan blades is different from the number of rotor pole pairs. There is for example an odd number of blades 50.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

Rotor (4) pour machine électrique tournante, comprenant : - un arbre tournant autour d'un axe, - une première roue polaire (17), comportant un fond (18) s'étendant radialement de part et d'autre de l'axe (X), la roue définissant une série de griffes (19) de forme globalement trapézoïdale, chaque griffe s'étendant axialement en direction de la deuxième roue polaire (17) depuis une base disposée sur la périphérie radialement extérieure du fond, le fond présentant au niveau de chaque griffe (19) une surface opposée à la direction d'extension de cette griffe, qui comprend : - une portion radialement extérieure (40), et - une portion radialement intérieure (41), l'angle (α1) entre la portion radialement extérieure (40) et la portion radialement intérieure (41) étant constant pour la première roue polaire (17) et égal à une première valeur d'angle, - une deuxième roue polaire (17), comportant un fond (18) s'étendant radialement de part et d'autre de l'axe (X), la roue définissant une série de griffes (19) de forme globalement trapézoïdale, chaque griffe s'étendant axialement en direction de la première roue polaire (17) depuis une base disposée sur la périphérie radialement extérieure du fond, le fond présentant au niveau de chaque griffe (19) une surface opposée à la direction d'extension de cette griffe, qui comprend : - une portion radialement extérieure (40), et - une portion radialement intérieure (41), l'angle (α2) entre la portion radialement extérieure (40) et la portion radialement intérieure (41) étant constant pour la deuxième roue polaire et égal à une deuxième valeur d'angle, la première valeur d'angle étant différente de la deuxième valeur d'angle.

Description

Rotor pour machine électrique tournante
La présente invention concerne un rotor pour machine électrique tournante ainsi qu’une telle machine électrique tournante.
La machine électrique est par exemple un alternateur ou un alterno-démarreur alimenté par une tension nominale de 12V ou de 48V, voire plus.
Cette machine électrique peut être intégrée à un véhicule à propulsion hybrique ou purement électrique, par exemple une automobile.
Les rotors de machine électrique connue pour ces applications comprennent:
- un arbre central tournant autour d’un axe,
- deux roues polaires, chaque roue polaire comportant à sa périphérie radiale externe une série de griffes de forme globalement trapézoïdale, qui s'étendent axialement en direction de l'autre roue polaire.
Il est connu de ménager un chanfrein sur la surface de la roue polaire opposée à la direction d’extension des griffes, ce chanfrein s’étendant jusqu’au bord radialement extérieur de la roue polaire. Ce chanfrein peut permettre d’équilibrer le rotor, des trous pouvant être percés dans ce dernier. Ce chanfrein définit par ailleurs une zone de déformation pour les griffes lorsque ces dernières sont centrifugées lors de la rotation du rotor. Cette déformation ne doit pas être excessive, faute de quoi les griffes peuvent se rompre et/ou venir au contact du stator ce qui n’est pas compatible avec un bon fonctionnement de la machine électrique tournante. Par ailleurs, la partie de la roue polaire au niveau de laquelle est ménagée le chanfrein est parcourue par le flux magnétique de la machine de sorte que cette partie ne doit pas saturer, c’est-à-dire ne pas présenter de restriction dans la section de passage du flux magnétique. En outre, ce chanfrein peut contribuer à l’émission de bruit aérodynamique lors de la rotation du rotor.
Il existe un besoin pour améliorer encore les rotors à griffes de machines électriques tournantes existantes.
L’invention a pour objet de répondre à ce besoin et elle y parvient, selon l’un de ses aspects, à l’aide d’un rotor pour machine électrique tournante, comprenant :
- un arbre tournant autour d’un axe,
- une première roue polaire, comportant un fond s’étendant radialement de part et d’autre de l’axe, la roue définissant une série de griffes de forme globalement trapézoïdale, chaque griffe s'étendant axialement en direction de la deuxième roue polaire depuis une base disposée sur la périphérie radialement extérieure du fond, le fond présentant au niveau de chaque griffe une surface opposée à la direction d’extension des griffes, qui comprend :
- une portion radialement extérieure, et
- une portion radialement intérieure, l’angle entre la portion radialement extérieure et la portion radial ement intérieure étant constant pour la première roue polaire et égal à une première valeur d’angle,
- une deuxième roue polaire, comportant un fond s’étendant radialement de part et d’autre de l’axe, la roue définissant une série de griffes de forme globalement trapézoïdale, chaque griffe s'étendant axialement en direction de la première roue polaire depuis une base disposée sur la périphérie radialement extérieure du fond, le fond présentant au niveau de chaque griffe une surface opposée à la direction d’extension des griffes, qui comprend :
- une portion radialement extérieure, et
- une portion radialement intérieure, l’angle entre la portion radialement extérieure et la portion radialement intérieure étant constant pour la deuxième roue polaire et égal à une deuxième valeur d’angle, la première valeur d’angle étant différente de la deuxième valeur d’angle.
La notion de « différence » entre la première et la deuxième valeur d’angle n’englobe pas les différences liées aux tolérances de fabrication.
Selon l’invention, on choisit ainsi des valeurs différentes pour l’angle ménagé sur la première roue polaire et pour l’angle ménagé sur la deuxième roue polaire. Ces valeurs différentes peuvent permettre de créer une asymétrie et donc de réduire le bruit aérodynamique causé par la présence de ces angles au niveau du bord radialement extérieur du fond des roues polaires et de la rotation de ces surfaces inclinées en face des chignons de l’enroulement électrique du stator de la machine électrique tournante.
Chacun des premiers et deuxièmes angles peuvent être obtenus par chanfreinage des roues polaires.
Le rotor est par exemple intégré à une machine électrique tournante comprenant un composant électronique de puissance apte à être relié à un réseau de bord du véhicule, et la première roue polaire est par exemple plus proche de ce composant que ne l’est la deuxième roue polaire. La machine électrique tournante peut comprendre une poulie apte à être reliée au vilebrequin d’un moteur thermique du véhicule, auquel cas la deuxième roue polaire est plus proche de cette poulie que ne l’est la première roue polaire.
Au sens de la présente demande :
- « axialement » signifie « parallèlement à l’axe de rotation de l’arbre »,
- « radialement » signifie « dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation de l’arbre et le long d’une droite coupant cet axe de rotation »,
- « circonférentiellement » signifie « dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation de l’arbre et en se déplaçant autour de cet axe ». Pour chaque roue polaire, la portion radialement extérieure de la surface de son fond opposée à la direction d’extension des griffes et la portion radialement intérieure de cette surface peuvent être planes.
La première valeur d’angle peut différer de la deuxième valeur d’angle d’une valeur supérieure à 5% de la deuxième valeur d’angle.
La première valeur d’angle peut être comprise entre 43,5° et 50,7° tandis que la deuxième valeur d’angle peut être comprise entre 37,8° et 50,7°. Les inventeurs ont découvert que les plages de valeurs ci-dessus pour les roues polaires respectives avec des première et deuxième valeur d’angle différentes constituent un mode de réalisation avantageux en ce qu’il permet que le rotor présente un compromis satisfaisant entre les paramètres suivants : bruit aérodynamique, déplacement sous centrifugation des griffes, et saturation magnétique dans les griffes. Dans un exemple spécifique, et de manière optimale, la première valeur d’angle est égale à 43,5° et la deuxième valeur d’angle est égale à 37,8°.
Dans tout ce qui précède, la portion radialement extérieure de la surface du fond opposée à la direction d’extension des griffes peut présenter une dimension axiale supérieure à 5 mm.
La portion radialement extérieure de la surface du fond peut être directement radialement dans le prolongement de la portion radialement intérieure de cette même surface pour chaque fond d’une roue polaire. Autrement dit, la surface du fond de la roue polaire opposée à la direction d’extension des griffes peut être constituée par la portion radialement intérieure à laquelle succède radialement parlant la portion radialement extérieure, sans autre portion radialement interposée. Dans une variante, une ou plusieurs portions intermédiaires peuvent être interposées entre la portion radialement extérieure et la portion radialement intérieure du fond.
Quelle que soit la constitution de la surface du fond d’une roue polaire opposée à la direction d’extension des griffes de cette roue polaire, chacune de ces roues polaires peut avoir ses griffes présentant chacune un bord radialement intérieur et un bord radialement extérieur, le bord radialement extérieur de la griffe étant directement dans le prolongement de la portion radialement extérieure de ladite surface du fond de la roue polaire.
Dans ce cas, le bord radialement intérieur de la griffe peut être directement dans le prolongement d’une surface du fond de la roue polaire tournée vers l’autre roue polaire. En variante, le bord radialement intérieur de la griffe n’est pas dans le prolongement direct de cette surface du fond de la roue polaire, une surface intermédiaire étant interposée entre ce bord radialement intérieur et cette surface du fond de la roue polaire.
La portion radialement intérieure de la surface du fond opposée à la direction d’extension de la griffe peut être parallèle à la surface du fond tournée vers l’autre roue polaire et en prolongement direct de laquelle est le bord radialement intérieur de la griffe. La roue polaire peut alors présenter dans sa zone radial ement intérieure une forme de plateau, dont les surfaces d’extrémité axialement parlant peuvent toutes deux être sensiblement perpendiculaires à l’axe de rotation. Dans ce cas, le rapport entre le rayon de l’extrémité radialement extérieure de la portion radialement extérieure de la surface du fond opposée à la direction d’extension des griffes et le rayon de l’extrémité radialement intérieure de cette même portion peut être supérieur à 1,3. Toujours dans ce cas, et en combinaison ou indépendamment de la plage de valeurs ci-dessus pour le rapport précédent, le rapport entre le rayon de l’extrémité radialement extérieure de la surface du fond tournée vers l’autre roue polaire et le rayon de l’extrémité radialement intérieure de la surface du fond opposée à la direction d’extension des griffes peut être supérieur à 0,96.
Dans une variante, la portion radialement intérieure de la surface du fond opposée à la direction d’extension des griffes n’est pas parallèle à la surface du fond tournée vers l’autre roue polaire et en prolongement direct de laquelle est le bord radialement intérieur de la griffe, cette surface du fond tournée vers l’autre roue polaire étant par exemple par contre parallèle à la portion radialement extérieure de la surface du fond opposée à la direction d’extension des griffes.
Dans tout ce qui précède, le bord radialement extérieur de chaque griffe peut s’étendre exclusivement axialement, c’est-à-dire que sa distance à l’axe de rotation de l’arbre reste constante tout le long de la griffe. En variante, la distance du bord radialement extérieur de la griffe à l’axe de rotation de l’arbre peut ne pas être constante, décroissant par exemple de façon monotone lorsque l’on se déplace de la base de la griffe vers son extrémité libre.
Dans tout ce qui précède, le bord radialement intérieur de chaque griffe peut s’étendre exclusivement axialement, c’est-à-dire que sa distance à l’axe de rotation de l’arbre reste constante tout le long de la griffe. En variante, la distance du bord radialement intérieur de la griffe à l’axe de rotation de l’arbre peut ne pas être constante, croissant par exemple de façon monotone lorsque l’on se déplace de la base de la griffe vers son extrémité libre.
Dans tout ce qui précède, le rotor peut comprendre une pluralité d’aimants permanents, chaque aimant permanent étant monté entre deux griffes consécutives circonférentiellement parlant du rotor. Chaque griffe peut présenter des faces circonférentielles dans lesquelles une gorge est ménagée pour accueillir une extrémité circonférentielle d’un aimant permanent. Chaque aimant est ainsi disposé circonférentiellement entre une griffe appartenant à la première roue polaire et une griffe appartenant à la deuxième roue polaire.
Dans tout ce qui précède, chaque roue polaire peut comprendre un enroulement électrique d’excitation, bobiné autour de l’arbre, et disposé radialement à l’intérieur des griffes.
Toujours dans ce qui précède, chaque roue polaire peut venir par sa portion radialement intérieure au contact de la portion radialement intérieure de l’autre roue polaire. En variante, le rotor peut comprendre un noyau qui est axialement interposé entre les portions radialement intérieures respectives des deux roues polaires.
Dans tout ce qui précède, l’une au moins des roues polaires, notamment chaque roue polaire, peut porter un ventilateur. Au moins une pale de ce ventilateur peut être fixée sur une portion radialement extérieure de la surface du fond de ladite roue polaire opposée à la direction d’ extension des griffes de ladite roue polaire. Une telle disposition des pales peut permettre d’orienter l’air sur la majeure partie, voire la totalité de la hauteur du chignon correspondant de l’enroulement électrique du stator. Chacune des pales peut ne s’étendre que le long de ladite portion radialement extérieure de la surface du fond ou s’étendre également au-delà de cette portion.
Chaque griffe de la roue polaire peut porter via ladite portion radialement extérieure une ou plusieurs pales de ventilateur. En variante, seules certaines griffes de la roue polaire portent une ou plusieurs pales, certaines griffes de cette roue polaire n’en portant pas.
Le ventilateur peut être rapporté sur la roue polaire, par exemple par collage, frettage, soudure.
Dans tout ce qui précède, le rotor peut comprendre un nombre de paires de pôles quelconque, par exemple six ou huit paires de pôles.
Dans tout ce qui précède, le nombre de pales du ventilateur peut être impair. Le nombre de pales de chaque ventilateur est de préférence différent du nombre de paires de pôles du rotor.
L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, une machine électrique tournante pour la propulsion d’un véhicule électrique ou hybride, comprenant le rotor mentionné ci-dessus.
Cette machine électrique peut également comprendre un stator et ce dernier peut comprendre un enroulement électrique polyphasé, par exemple formé par des fils ou par des barres conductrices reliées les unes les autres.
Comme déjà mentionné, la machine électrique tournante peut comprendre un composant électronique de puissance, apte à être connecté au réseau de bord du véhicule, la première roue polaire étant plus proche de ce composant électronique de puissance que la deuxième roue polaire. Ce composant électronique de puissance comprend par exemple un onduleur/redresseur permettant, selon que la machine électrique fonctionne en moteur ou en génératrice, de charger un réseau de bord du véhicule ou d’être électriquement alimenté depuis ce réseau. La machine électrique tournante peut encore comprendre une poulie ou tout autre moyen de liaison vers le reste du groupe motopropulseur du véhicule. La machine électrique est par exemple reliée, notamment via une courroie, au vilebrequin du moteur thermique du véhicule. En variante, la machine électrique est reliée à d’autres emplacement du groupe motopropulseur, par exemple à l’entrée de la boîte de vitesses du point de vue du couple transitant vers les roues du véhicule, en sortie de la boîte de vitesses du point de vue du couple transitant vers les roues du véhicule, au niveau de la boîte de vitesses du point de vue du couple transitant vers les roues du véhicule, ou encore sur le train avant ou le train arrière de ce groupe motopropulseur.
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d’exemples non limitatifs de mise en œuvre de celle-ci et à l’examen du dessin annexé sur lequel :
- la figure 1 représente une vue en coupe d’une machine électrique à laquelle s’applique l’invention,
- les figures 2 et 3 sont des vues en élévation et en coupe d’une roue polaire d’un rotor de machine électrique selon un premier exemple de mise en œuvre de l’invention,
- les figures 4 et 5 sont des vues en élévation et en coupe d’une roue polaire d’un rotor de machine électrique selon un deuxième exemple de mise en œuvre de l’invention,
- la figure 6 est une vue en coupe d’une roue polaire selon une variante du deuxième exemple de mise en œuvre de l’invention,
- la figure 7 est un graphe montrant des résultats de simulations, et
- la figure 8 représente de façon schématique une réalisation particulière de ventilateur s’appliquant au premier comme au deuxième exemple de mise en œuvre ci-dessus.
On a représenté sur la figure 1 une machine électrique tournante 1 polyphasée, notamment pour véhicule automobile. Cette machine électrique tournante peut former un alternateur ou un alterno-démarreur du véhicule. Cette machine électrique tournante peut être alimentée via un composant électronique de puissance 9 comprenant un onduleur/redresseur par une batterie dont la tension nominale est de 48V ou d’une valeur supérieure à 300V, par exemple.
La machine électrique tournante 1 comporte un carter 2. A l'intérieur de ce carter 2, elle comporte, en outre, un arbre 3, un rotor 4 solidaire en rotation de l’arbre 3 et un stator 5 entourant le rotor 4. Le mouvement de rotation du rotor 4 se fait autour d’un axe X. Dans cet exemple, le carter 2 comporte un palier avant 6 et un palier arrière 7 qui sont assemblés ensemble. Ces paliers 6, 7 sont de forme creuse et portent, chacun, centralement un roulement à billes 10, 11 respectif pour le montage à rotation de l'arbre 3.
Une poulie 12 est dans l’exemple considéré fixée sur une extrémité avant de l’arbre 3, au niveau du palier avant 6, par exemple à l’aide d’un écrou en appui sur le fond de la cavité de cette poulie. Cette poulie 12 permet de transmettre le mouvement de rotation à l’arbre 3 et elle peut être reliée via une courroie au vilebrequin du moteur thermique du véhicule.
L’extrémité arrière de l’arbre 3 porte, ici, des bagues collectrices appartenant à un collecteur et reliées par des liaisons filaires au bobinage. Des balais appartenant à un porte-balais 8 sont disposés de façon à frotter sur les bagues collectrices. Le palier avant 6 et le palier arrière 7 peuvent comporter, en outre, des ouvertures sensiblement latérales pour le passage de l’air en vue de permettre le refroidissement de la machine électrique tournante par circulation d'air engendrée par la rotation d’un ventilateur avant 13 sur la face dorsale avant du rotor 4, c’est-à-dire au niveau du palier avant 6 et d’un ventilateur arrière 14 sur la face dorsale arrière du rotor, c’est-à-dire au niveau du palier arrière 7.
Dans cet exemple de réalisation, le stator 5 comporte un corps 15 en forme d'un paquet de tôles doté d'encoches, par exemple du type semi fermée ou ouverte, équipées d’isolant d’encoches pour le montage de l’enroulement électrique polyphasé du stator. Chaque phase comporte un enroulement 16 traversant les encoches du corps 15 et formant, avec toutes les phases, un chignon avant et un chignon arrière de part et d'autre du corps du stator. Les enroulements 16 sont par exemple obtenus à partir d’un fil continu recouvert d’émail ou à partir d’éléments conducteurs en forme de barre tels que des épingles reliées entre elles. L’enroulement électrique du stator est par exemple triphasé, mettant alors en œuvre un montage en étoile ou en triangle dont les sorties sont reliées au composant électronique de puissance 9.
Le rotor 4 de la figure 1 est un rotor à griffe. Il comporte deux roues polaires 17. La première roue polaire 17 est tournée vers le composant électronique de puissance 9 tandis que la deuxième roue polaire 17 est tournée vers la poulie 12.
Chacune des roues polaires 17 comprend un fond 18 s’étendant radialement de part et d’autre de l’axe X, la roue définissant une série de griffes 19 de forme globalement trapézoïdale. Chaque griffe d’une roue polaire 17 s'étend axialement en direction de l’autre roue polaire depuis une base disposée sur la périphérie radialement extérieure du fond 18.
Comme on le verra par la suite, le fond 18 peut présenter au niveau de chaque griffe une surface opposée à la direction d’extension de cette griffe 19, qui comprend : une portion radialement extérieure 40, et une portion radialement intérieure 4L Dans l’exemple représenté, la portion radialement extérieure 40 est directement dans le prolongement radial de la portion radialement intérieure 41, mais l’invention n’est pas limitée à un tel exemple. Une ou plusieurs portions intermédiaires peuvent être radialement interposées entre cette portion radialement extérieure 40 et cette portion radialement intérieure 4L
Chaque roue polaire 17 vient dans l’exemple de la figure 1 en contact axialement parlant avec l’autre roue polaire 17 du rotor via une portion radialement intérieure 20 de cette roue qui peut être cylindrique.
Le rotor 4 comporte encore, entre les portions radialement intérieures 20 et les griffes 19, une bobine 21 comportant, ici, un moyeu de bobinage et un bobinage électrique sur ce moyeu. La bobine 21 peut être bobinée sur un isolant de bobine 22. Le rotor 4 peut également comporter des aimants permanents (non représentés) interposés entre deux griffes 19 voisines à la périphérie externe du rotor. En variante, le rotor 4 peut être dépourvu de tels aimants permanents.
Le nombre de paires de pôles défini par le rotor 4 peut être quelconque, par exemple être égal à six ou à huit.
Comme on peut le voir, pour chaque roue polaire 17, la portion radialement extérieure 40 de la surface du fond 18 de cette roue polaire 17 opposée à la direction d’extension des griffes 19 est inclinée par rapport à la portion radialement intérieure 41 de cette même surface. Chacune de ces portions est ici plane.
L’invention consiste à prévoir pour l’angle aigu al ménagé entre lesdites portions 40 et 41 pour la première roue polaire 17 une même première valeur constante sur cette première roue polaire 17 qui est différente de la deuxième valeur a2 qui est constante sur la deuxième roue polaire pour l’angle aigu ménagé entre les portions 40 et 41 pour cette deuxième roue polaire 17. Cette différence entre la première et la deuxième valeur peut être égale à au moins 5% de la deuxième valeur.
La première valeur d’angle est par exemple, selon un mode de réalisation avantageux mais non limitatif, comprise entre 43,5° et 50,7° et la deuxième valeur d’angle est par exemple, toujours selon ce mode de réalisation avantageux mais non limitatif, comprise entre 37,8° et 50,7°.
La figure 7 correspond à des simulations réalisées sur une machine à six paires de pôles avec un rotor de diamètre extérieur égal à 107,35 mm, un stator de diamètre extérieur de 137 mm et un courant nominal de 250 A au stator en fonctionnement en génératrice.
Comme le montre la figure 7, dont les résultats sont par ailleurs conformes aux essais avec une vraie machine, le choix de valeurs différentes pour la première valeur pour l’angle al et de la deuxième valeur pour l’angle a2 dans les plages précitées selon le mode de réalisation avantageux conduit à un compromis entre les contraintes suivantes :
- courbe 100 correspondant au bruit aérodynamique en dB de la 6ème harmonique à 18 000 tr/min,
- courbe 101 correspondant au déplacement en mm de l’extrémité radialement extérieure des griffes 19 à 22000 tr/min,
- courbe 102 correspondant au courant de sortie du stator à 1 500 tr/min, et
- courbe 103 correspondant au niveau de bruit global en dB.
Selon le premier exemple de mise en œuvre des figures 2 et 3, le bord radialement intérieur 45 de chaque griffe 19 est directement dans le prolongement d’une surface 46 du fond 18 de la roue polaire 17 tournée vers l’autre roue polaire 17, et cette surface 46 est parallèle à la portion radialement intérieure 41 de la surface de ce fond 18 opposée à la direction d’extension des griffes 19. Ces surfaces parallèles sont ainsi toutes deux perpendiculaires à l’axe X. Dans cet exemple de mise en œuvre, le rapport entre le rayon RI de l’extrémité radialement extérieure de la portion radial ement extérieure 40 et le rayon R3 de l’extrémité radialement intérieure de cette même portion 40 peut être supérieur à 1,3 et le rapport entre le rayon R2 de l’extrémité radialement extérieure de la surface 46 du fond 18 et le rayon R3 précité peut être supérieur à 0,96.
Selon le deuxième exemple de mise en œuvre des figures 4 et 5, le bord radialement intérieur 45 de chaque griffe 19 est directement dans le prolongement d’une surface 46 du fond 18 de la roue polaire 17 tournée vers l’autre roue polaire 17. Cette surface 46 est ici parallèle à la portion radialement extérieure 40 de la surface de ce fond 18 opposée à la direction d’extension des griffes 19. Selon ce deuxième exemple de mise en œuvre, le rapport entre les rayons RI et R3 précités peut être supérieur à 1, 1, étant par exemple compris entre 1,1 et 1,3.
La figure 6 représente une variante du deuxième exemple de mise en œuvre dans laquelle le bord radialement intérieur 45 de chaque griffe 19 n’est pas directement dans le prolongement d’une surface 46 du fond 18 de la roue polaire 17 tournée vers l’autre roue polaire 17, une surface intermédiaire 49 étant interposée entre le bord 45 et la surface 46.
Dans tout ce qui précède, les premiers et deuxièmes angles peuvent être obtenus par chanfreinage des roues polaires 17.
L’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits. Ainsi, contrairement à ce qui est représenté sur la figure 1, l’un au moins des ventilateurs 13 et 14 n’est pas nécessairement une pièce monobloc rapportée sur une face dorsale du rotor 4.
Chaque portion radialement extérieure 41 d’une roue polaire 17 peut porter une pale 50 de ventilateur fixée sur celle-ci, de sorte que le ventilateur correspondant est formé par la réunion de pales discrètes.
En variante, seules certaines portions radialement extérieures 41 d’une roue polaire 17 portent une ou plusieurs pales, d’autres de ces portions 41 ne portant pas de pales. On assure ainsi que le nombre de pales du ventilateur est différent du nombre de paires de pôles du rotor. Il y a par exemple un nombre impair de pales 50.

Claims

Revendications
1. Rotor (4) pour machine électrique tournante, comprenant :
- un arbre tournant autour d’un axe,
- une première roue polaire (17), comportant un fond (18) s’étendant radialement de part et d’autre de l’axe (X), la roue définissant une série de griffes (19) de forme globalement trapézoïdale, chaque griffe s'étendant axialement en direction de la deuxième roue polaire (17) depuis une base disposée sur la périphérie radialement extérieure du fond, le fond présentant au niveau de chaque griffe (19) une surface opposée à la direction d’extension des griffes (19), qui comprend :
- une portion radialement extérieure (40), et
- une portion radialement intérieure (41), l’angle (al) entre la portion radialement extérieure (40) et la portion radialement intérieure (41) étant constant pour la première roue polaire (17) et égal à une première valeur d’angle,
- une deuxième roue polaire (17), comportant un fond (18) s’étendant radialement de part et d’autre de l’axe (X), la roue définissant une série de griffes (19) de forme globalement trapézoïdale, chaque griffe s'étendant axialement en direction de la première roue polaire (17) depuis une base disposée sur la périphérie radialement extérieure du fond, le fond présentant au niveau de chaque griffe (19) une surface opposée à la direction d’extension des griffes (19), qui comprend :
- une portion radialement extérieure (40), et
- une portion radialement intérieure (41), l’angle (a2) entre la portion radialement extérieure (40) et la portion radialement intérieure (41) étant constant pour la deuxième roue polaire et égal à une deuxième valeur d’angle, la première valeur d’angle étant différente de la deuxième valeur d’angle.
2. Rotor selon la revendication 1, la première valeur d’angle différant de la deuxième valeur d’angle d’une valeur supérieure à 5% de la deuxième valeur d’angle.
3. Rotor selon la revendication 1 ou 2, la première valeur d’angle étant comprise entre 43,5° et 50,7°, étant notamment égale à 43,5°, et la deuxième valeur d’angle étant comprise entre 37,8° et 50,7°, étant notamment égale à 37,8°.
4. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, la portion radialement extérieure (40) de ladite surface étant directement radialement dans le prolongement de la portion radialement intérieure (41) de cette même surface pour chaque fond (18) d’une roue polaire (17).
5. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, chaque roue polaire (17) ayant ses griffes présentant chacune un bord radialement intérieur (45) et un bord radialement extérieur, le bord radialement extérieur de la griffe étant directement dans le prolongement de la portion radial ement extérieure (40) de ladite surface du fond (18) de la roue polaire.
6. Rotor selon la revendication 5, le bord radialement intérieur (45) de la griffe étant directement dans le prolongement d’une surface (46) du fond (18) de la roue polaire tournée vers l’autre roue polaire (17).
7. Rotor selon la revendication 6, la portion radialement intérieure (41) de la surface du fond opposée à la direction d’extension des griffes (19) étant parallèle à la surface (46) du fond tournée vers l’autre roue polaire et en prolongement direct de laquelle est le bord radialement intérieur (45) de la griffe.
8. Rotor selon la revendication 6, la portion radialement intérieure (41) de la surface du fond opposée à la direction d’extension des griffes (19) n’étant pas parallèle à la surface (46) du fond tournée vers l’autre roue polaire (17) et en prolongement direct de laquelle est le bord radialement intérieur (45) de la griffe.
9. Rotor selon la revendication 6, la portion radialement extérieure (40) de la surface du fond opposée à la direction d’extension des griffes (19) étant parallèle à la surface du fond (46) tournée vers l’autre roue polaire et en prolongement direct de laquelle est le bord radialement intérieur (45) de la griffe.
10. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’une au moins des roues polaires (17) portant un ventilateur (13, 14) dont au moins une pale est fixée sur une portion radialement extérieure (40) de la surface du fond (18) de ladite roue polaire (17) opposée à la direction d’extension des griffes (19) de ladite roue polaire.
11. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant six ou huit paires de pôles.
12. Machine électrique tournante (1) pour la propulsion d’un véhicule électrique ou hybride, comprenant le rotor (4) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
13. Machine électrique tournante selon la revendication précédente, comprenant un composant électronique de puissance (9), apte à être connecté au réseau de bord du véhicule, la première roue polaire (17) étant plus proche de ce composant électronique de puissance que la deuxième roue polaire.
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