FR3104335A1 - Pole wheel for rotating electric machine rotor - Google Patents
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Abstract
La présente invention propose une roue polaire pour rotor de machine électrique tournante comportant un plateau (32) s’étendant globalement dans une direction transversale par rapport à un axe (Y) de la roue polaire (31) et une pluralité de griffes (33) s’étendant chacune à partir d’une extrémité du plateau dans une direction globalement axiale par rapport audit axe (Y). Au moins une portion du plateau, dite portion centrale (47), présente une épaisseur (E), prise dans une direction axiale, qui varie. Figure pour l’abrégé : Figure 2The present invention provides a pole wheel for a rotating electric machine rotor having a platen (32) extending generally in a direction transverse to an axis (Y) of the pole wheel (31) and a plurality of claws (33). each extending from one end of the tray in a generally axial direction with respect to said axis (Y). At least a portion of the plate, called the central portion (47), has a thickness (E), taken in an axial direction, which varies. Figure for the abstract: Figure 2
Description
L’invention concerne notamment une roue polaire pour rotor de machine électrique tournante.The invention relates in particular to a pole wheel for a rotating electrical machine rotor.
L’invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des machines électriques tournantes telles que les alternateurs, les alterno-démarreurs ou encore les machines réversibles ou les moteurs électriques. On rappelle qu’une machine réversible est une machine électrique tournante apte à travailler de manière réversible, d’une part, comme générateur électrique en fonction alternateur et, d’autre part, comme moteur électrique par exemple pour démarrer le moteur thermique du véhicule automobile.The invention finds a particularly advantageous application in the field of rotating electrical machines such as alternators, alternator-starters or even reversible machines or electric motors. It is recalled that a reversible machine is a rotating electric machine capable of working reversibly, on the one hand, as an electric generator in alternator function and, on the other hand, as an electric motor, for example to start the heat engine of the motor vehicle. .
Une machine électrique tournante comprend un rotor mobile en rotation autour d’un axe et un stator fixe. En mode alternateur, lorsque le rotor est en rotation, il induit un champ magnétique au stator qui le transforme en courant électrique afin d’alimenter les consommateurs électriques du véhicule et de recharger la batterie. En mode moteur, le stator est alimenté électriquement et induit un champ magnétique entraînant le rotor en rotation par exemple pour démarrer le moteur thermique.A rotating electrical machine comprises a mobile rotor rotating around an axis and a fixed stator. In alternator mode, when the rotor is rotating, it induces a magnetic field in the stator which transforms it into electric current in order to supply the electrical consumers of the vehicle and recharge the battery. In motor mode, the stator is electrically powered and induces a magnetic field driving the rotor in rotation, for example to start the heat engine.
Une des méthodes permettant d’améliorer les performances de la machine électrique tournante, consiste à optimiser le dimensionnement et la forme des roues polaires. Pour cela, il est courant d’essayer de diminuer la largeur de l’entrefer séparant le rotor et le stator dans une direction radiale. En effet, plus l’entrefer est faible et plus le flux magnétique est transmis efficacement entre le rotor et le stator et ainsi plus le débit de courant électrique ou le couple mécanique fournit par la machine électrique tournante est élevé.One of the methods for improving the performance of the rotating electrical machine consists in optimizing the dimensioning and shape of the pole wheels. For this, it is common to try to decrease the width of the air gap separating the rotor and the stator in a radial direction. Indeed, the smaller the air gap, the more effectively the magnetic flux is transmitted between the rotor and the stator and thus the higher the flow of electric current or the mechanical torque provided by the rotating electrical machine.
Une première solution pour diminuer la largeur de l’entrefer consiste à améliorer la précision du procédé de fabrication des roues polaires et notamment des griffes. Par exemple, les griffes, en particulier la surface externe des griffes, peuvent être usinées pour diminuer les tolérances de fabrication et ainsi pouvoir rapprocher le rotor du stator sans engendrer des risques de contact entre lesdits éléments. Cependant, le procédé de fabrication par usinage d’une roue polaire est cher et nécessite d’adapter plusieurs outillages de la chaine de production de la roue polaire.A first solution to reduce the width of the air gap consists in improving the precision of the manufacturing process of the pole wheels and in particular of the claws. For example, the claws, in particular the outer surface of the claws, can be machined to reduce the manufacturing tolerances and thus be able to bring the rotor closer to the stator without creating risks of contact between said elements. However, the manufacturing process by machining a pole wheel is expensive and requires adapting several tools from the pole wheel production line.
Une deuxième solution pour diminuer la largeur de l’entrefer consiste à optimiser la forme de la griffe pour contrer l’effet de centrifugation de ladite griffe lors de la rotation du rotor. En effet, lorsque le rotor atteint une vitesse élevée de rotation, l’extrémité de la griffe est déformée vers l’extérieur ce qui peut engendrer un contact entre le rotor et le stator si l’entrefer est trop faible et pourrait détériorer la machine électrique tournante. Pour ce faire, il est connu d’augmenter l’épaisseur de la griffe pour la rendre plus résistance à la force de centrifugation ou d’avoir une griffe inclinée vers l’intérieur c’est-à-dire vers l’axe de la roue polaire, lorsque la roue polaire n’est pas en rotation, pour éloigner l’extrémité de la griffe du stator. Cependant ces solutions diminuent fortement l’espace disponible pour la bobine rotorique et atténuent donc l’augmentation du rendement de la machine électrique attendu. Il est également possible d’ajouter un élément annulaire venant maintenir les extrémités des griffes pour éviter leur déformation. Cependant, cette solution nécessite une pièce supplémentaire réalisée en matériau amagnétique et est donc chère à mettre en place.A second solution to reduce the width of the air gap consists in optimizing the shape of the claw to counter the centrifugation effect of said claw during rotation of the rotor. Indeed, when the rotor reaches a high speed of rotation, the end of the claw is deformed outwards which can cause contact between the rotor and the stator if the air gap is too small and could damage the electrical machine. rotating. To do this, it is known to increase the thickness of the claw to make it more resistant to the force of centrifugation or to have a claw inclined inwards, that is to say towards the axis of the pole wheel, when the pole wheel is not rotating, to move the end of the claw away from the stator. However, these solutions greatly reduce the space available for the rotor coil and therefore reduce the expected increase in the efficiency of the electrical machine. It is also possible to add an annular element holding the ends of the claws to prevent them from deforming. However, this solution requires an additional part made of non-magnetic material and is therefore expensive to install.
La présente invention vise à permettre d’éviter les inconvénients de l’art antérieur. En particulier, la présente invention vise à améliorer les performances de la machine électrique tournante sans pour autant augmenter son coût de fabrication.The present invention aims to make it possible to avoid the drawbacks of the prior art. In particular, the present invention aims to improve the performance of the rotating electrical machine without increasing its manufacturing cost.
A cet effet, la présente invention a donc pour objet une roue polaire pour rotor de machine électrique tournante comportant un plateau s’étendant globalement dans une direction transversale par rapport à un axe de la roue polaire et une pluralité de griffes s’étendant chacune à partir d’une extrémité du plateau dans une direction globalement axiale par rapport audit axe. Selon la présente invention, au moins une portion du plateau, dite portion centrale, présente une épaisseur, prise dans une direction axiale, qui varie. On entend par épaisseur qui varie, le fait que l’épaisseur du plateau n’est pas constante.To this end, the subject of the present invention is therefore a pole wheel for a rotating electrical machine rotor comprising a plate extending generally in a direction transverse to an axis of the pole wheel and a plurality of claws each extending from one end of the plate in a generally axial direction with respect to said axis. According to the present invention, at least a portion of the plate, called the central portion, has a thickness, taken in an axial direction, which varies. By thickness that varies, we mean the fact that the thickness of the top is not constant.
Il a été constaté par les inventeurs que la portion à la base de la griffe, c’est-à-dire la portion de la griffe adjacente au plateau, est saturée et forme une zone d’étranglement diminuant le débit de flux magnétique transféré entre le rotor et le stator. Le fait que le plateau présente différentes épaisseurs permet d’optimiser la forme du plateau pour pouvoir à la fois éviter de créer cette zone de saturation du flux magnétique à la base des griffes et éviter de diminuer de manière trop importante la place de la bobine rotorique. En effet, une simple augmentation de l’épaisseur du plateau reviendrait soit à augmenter l’encombrement de la roue polaire soit à diminuer l’espace disponible pour la bobine rotorique ce qui limite les performances de la machine. On obtient ainsi une roue polaire à meilleur rendement sans que l’entrefer entre le rotor et le stator ne soit diminué.It has been observed by the inventors that the portion at the base of the claw, that is to say the portion of the claw adjacent to the plate, is saturated and forms a throttle zone reducing the flow rate of magnetic flux transferred between the rotor and the stator. The fact that the platter has different thicknesses makes it possible to optimize the shape of the platter in order to be able both to avoid creating this zone of saturation of the magnetic flux at the base of the claws and to avoid reducing too much the place of the rotor coil. . Indeed, a simple increase in the thickness of the platter would amount either to increasing the size of the pole wheel or to reducing the space available for the rotor coil, which limits the performance of the machine. A more efficient pole wheel is thus obtained without the air gap between the rotor and the stator being reduced.
Selon une réalisation, une première épaisseur de la portion centrale mesurée au niveau d’un premier point est inférieure à une deuxième épaisseur de ladite portion centrale mesurée au niveau d’un deuxième point, ledit deuxième point étant plus éloigné de l’axe de la roue polaire que le premier point. Ainsi, l’épaisseur de la portion centrale varie en augmentant dans une direction radiale vers l’extérieur.According to one embodiment, a first thickness of the central portion measured at a first point is less than a second thickness of said central portion measured at a second point, said second point being farther from the axis of the pole wheel as the first point. Thus, the thickness of the central portion varies increasing in a radial outward direction.
Selon une réalisation, la portion centrale du plateau présente une première surface s’étendant globalement de manière inclinée par rapport à une direction radiale. Cette inclinaison permet de faire varier l’épaisseur du plateau de manière simple. De plus, cela permet d’augmenter progressivement l’épaisseur du plateau. Alternativement, la première surface pourrait présenter une forme d’escalier pour faire varier l’épaisseur du plateau.According to one embodiment, the central portion of the plate has a first surface extending globally in an inclined manner with respect to a radial direction. This inclination makes it possible to vary the thickness of the top in a simple way. In addition, it allows you to gradually increase the thickness of the top. Alternatively, the first surface could have a staircase shape to vary the thickness of the top.
Selon une réalisation, la première surface s’étend suivant un plan incliné de sorte à ce que l’épaisseur de la portion centrale du plateau varie de manière sensiblement linéaire. Ainsi, l’intersection entre la première surface et un plan comprenant l’axe de la roue polaire est un segment. Cela permet de simplifier la fabrication de la roue polaire. Alternativement, l’intersection entre la première surface et un plan comprenant l’axe de la roue polaire pourrait former une courbure.According to one embodiment, the first surface extends along an inclined plane so that the thickness of the central portion of the plate varies substantially linearly. Thus, the intersection between the first surface and a plane including the axis of the pole wheel is a segment. This makes it possible to simplify the manufacture of the pole wheel. Alternatively, the intersection between the first surface and a plane comprising the axis of the pole wheel could form a curvature.
Selon une réalisation, la première surface est agencée dans une surface inférieure dudit plateau, la surface inférieure étant une surface qui s’étend radialement et qui est orientée axialement dans la direction d’extension des griffes. Cela permet d’augmenter l’épaisseur du plateau dans une zone de la roue polaire s’étendant dans un même plan radial que le corps de stator. La quantité de flux transmis entre le rotor et le stator est donc amélioré. Ainsi les performances de la machine sont augmentées.According to one embodiment, the first surface is arranged in a lower surface of said plate, the lower surface being a surface which extends radially and which is oriented axially in the direction of extension of the claws. This makes it possible to increase the thickness of the plate in a zone of the pole wheel extending in the same radial plane as the stator body. The amount of flux transmitted between the rotor and the stator is therefore improved. Thus the performance of the machine is increased.
Selon une réalisation, un angle d’inclinaison entre la direction radiale par rapport à l’axe de la roue polaire et la direction d’inclinaison de la première surface de la portion centrale est compris entre 20° et 40° et est notamment de l’ordre de 30°. Cette plage d’inclinaison permet d’optimiser la forme du plateau pour à la fois éviter que le flux magnétique ne soit saturé au niveau de la base de la griffe et éviter que l’espace disponible pour la bobine rotorique ne soit trop diminué. La griffe s’étend dans une direction axiale à partir du plateau, la base de la griffe étant la portion de la griffe adjacente au plateau.According to one embodiment, an angle of inclination between the radial direction with respect to the axis of the pole wheel and the direction of inclination of the first surface of the central portion is between 20° and 40° and is in particular l order of 30°. This range of inclination makes it possible to optimize the shape of the platter in order both to prevent the magnetic flux from being saturated at the level of the base of the claw and to prevent the space available for the rotor coil from being reduced too much. The claw extends in an axial direction from the plate, the base of the claw being the portion of the claw adjacent to the plate.
Selon une réalisation, la portion centrale est agencée de manière adjacente à au moins une griffe.According to one embodiment, the central portion is arranged adjacent to at least one claw.
Selon une réalisation, la roue polaire comporte, en outre, un noyau s’étendant globalement axialement dans la même direction que la pluralité de griffes, la portion centrale s’étendant radialement entre ledit noyau et au moins une griffe.According to one embodiment, the pole wheel further comprises a core extending generally axially in the same direction as the plurality of claws, the central portion extending radially between said core and at least one claw.
Selon une réalisation, la portion centrale est agencée de manière adjacente au noyau. Par exemple, la première surface du plateau de la portion centrale du plateau s’étend du noyau jusqu’à la pluralité de griffe.According to one embodiment, the central portion is arranged adjacent to the core. For example, the first platter surface of the central portion of the platter extends from the core to the plurality of prongs.
Selon une réalisation, le plateau présente au moins une portion plane dont la première surface s’étend dans un plan radial et agencée de manière adjacente circonférentiellement à la portion centrale. Ainsi, dans cette portion plane, l’épaisseur du plateau est constante. La portion plane permet de faciliter le passage d’un fil de connexion de la bobine rotorique vers le collecteur afin d’alimenter ladite bobine. Cette portion plane peut également permettre d’indexer la bobine par rapport à la roue polaire. Alternativement, la portion centrale peut s’étendre sur toute la circonférence du plateau.According to one embodiment, the plate has at least one flat portion, the first surface of which extends in a radial plane and arranged circumferentially adjacent to the central portion. Thus, in this flat portion, the thickness of the plate is constant. The flat portion facilitates the passage of a connection wire from the rotor coil to the collector in order to supply said coil. This flat portion can also make it possible to index the coil relative to the pole wheel. Alternatively, the central portion may extend over the entire circumference of the tray.
Selon une réalisation, au moins une griffe présente une surface externe comprenant un segment décroissant, ledit segment décroissant étant configuré de manière à ce qu’un rayon entre ladite surface externe et l’axe de la roue polaire décroisse, lorsque l’on se déplace, le long dudit segment décroissant, vers l’extrémité libre de la griffe. En d’autres termes, la surface externe de la griffe ne s’étend pas parallèlement à l’axe de la roue polaire mais vers ledit axe lorsque l’on se dirige vers l’extrémité libre de la griffe. Ainsi, le diamètre externe de la roue polaire n’est pas constant dans une direction axiale. En particulier, la largeur, dans une direction radiale, de l’entrefer augmente lorsque l’on se déplace, axialement, vers l’extrémité libre de la griffe.According to one embodiment, at least one claw has an external surface comprising a decreasing segment, said decreasing segment being configured so that a radius between said external surface and the axis of the pole wheel decreases, when moving , along said decreasing segment, towards the free end of the claw. In other words, the outer surface of the claw does not extend parallel to the axis of the pole wheel but towards said axis when moving towards the free end of the claw. Thus, the external diameter of the pole wheel is not constant in an axial direction. In particular, the width, in a radial direction, of the air gap increases when one moves, axially, towards the free end of the claw.
Le fait que la largeur de l’entrefer augmente lorsque l’on se déplace vers l’extrémité libre de la griffe, permet d’obtenir une largeur d’entrefer qui soit à la fois relativement faible au niveau de la portion de la griffe où le passage du flux magnétique du rotor vers le stator est le plus important, c’est-à-dire pour la portion formant la base de la griffe proche du plateau et relativement grande au niveau de l’extrémité libre de la griffe qui est la zone la plus sensible à la tenue en centrifugation mécanique lors de la rotation de la roue polaire. En effet, en agissant notamment sur la partie de la griffe comprenant l’extrémité libre, les contraintes mécaniques sur la centrifugation globale de la griffe sont réduites. Cela permet donc de diminuer la valeur minimale de largeur d’entrefer tout en gardant une largeur d’entrefer, au niveau de l’extrémité libre de la griffe, acceptable pour éviter tout contact entre le rotor et le stator, lorsque le rotor est en rotation.The fact that the width of the air gap increases when moving towards the free end of the claw, makes it possible to obtain an air gap width which is both relatively small at the level of the portion of the claw where the passage of the magnetic flux from the rotor to the stator is the most important, that is to say for the portion forming the base of the claw close to the plate and relatively large at the level of the free end of the claw which is the zone most sensitive to mechanical centrifugation during rotation of the pole wheel. Indeed, by acting in particular on the part of the claw comprising the free end, the mechanical stresses on the overall centrifugation of the claw are reduced. This therefore makes it possible to reduce the minimum value of air gap width while keeping an air gap width, at the level of the free end of the claw, acceptable to avoid any contact between the rotor and the stator, when the rotor is in spin.
Une roue polaire présentant à la fois une portion centrale telle que précédemment décrite et une surface externe de la griffe telle que précédemment décrite est donc optimisée pour améliorer les performances de la machine électrique tournante.A pole wheel having both a central portion as previously described and an outer surface of the claw as previously described is therefore optimized to improve the performance of the rotating electrical machine.
La présente invention a également pour objet un rotor comprenant au moins une roue polaire telle que précédemment décrite.The present invention also relates to a rotor comprising at least one pole wheel as previously described.
Selon une réalisation, le rotor comporte une bobine rotorique enroulée autour d’au moins une portion de la roue polaire, ladite bobine étant enroulée de manière à présenter une section dans un plan axial de forme globalement trapézoïdale suivant l’inclinaison de la portion centrale du plateau de la roue polaire.According to one embodiment, the rotor comprises a rotor coil wound around at least a portion of the pole wheel, said coil being wound so as to present a section in an axial plane of generally trapezoidal shape following the inclination of the central portion of the pole wheel plate.
Selon une réalisation, le rotor comporte, en outre, un isolant de bobine agencé entre la roue polaire et ladite bobine, l’isolant de bobine présentant une paroi latérale en contact avec le plateau de la roue polaire qui s’étend dans la même direction que celle de la portion centrale du plateau.According to one embodiment, the rotor further comprises a coil insulator arranged between the pole wheel and said coil, the coil insulator having a side wall in contact with the plate of the pole wheel which extends in the same direction than that of the central portion of the plateau.
Enfin, la présente invention a également pour objet une machine électrique tournante comprenant un rotor tel que précédemment décrit. La machine électrique tournante peut, avantageusement, former un alternateur, un alterno-démarreur, une machine réversible ou un moteur électrique.Finally, the present invention also relates to a rotating electrical machine comprising a rotor as previously described. The rotating electrical machine can advantageously form an alternator, an alternator-starter, a reversible machine or an electric motor.
La présente invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de l’invention et de l’examen des dessins annexés.The present invention may be better understood on reading the detailed description which follows, non-limiting examples of implementation of the invention and examination of the appended drawings.
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Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent les mêmes références d’une figure à l’autre. On notera également que les différentes figures ne sont pas nécessairement à la même échelle. De plus, les exemples de réalisation qui sont décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites.Identical, similar or analogous elements retain the same references from one figure to another. It will also be noted that the various figures are not necessarily on the same scale. In addition, the embodiments which are described below are in no way limiting. It is possible in particular to imagine variants of the invention comprising only a selection of characteristics described below isolated from the other characteristics described.
La figure 1 représente un exemple de machine électrique tournante 10 compacte et polyphasée, notamment pour véhicule automobile. Cette machine 10 transforme de l’énergie mécanique en énergie électrique, en mode alternateur, et peut fonctionner en mode moteur pour transformer de l’énergie électrique en énergie mécanique. Cette machine électrique tournante 10 est, par exemple, un alternateur, un alterno-démarreur, une machine réversible ou un moteur électrique.FIG. 1 represents an example of a compact and polyphase rotary electric machine 10, in particular for a motor vehicle. This machine 10 transforms mechanical energy into electrical energy, in alternator mode, and can operate in motor mode to transform electrical energy into mechanical energy. This rotating electrical machine 10 is, for example, an alternator, an alternator-starter, a reversible machine or an electric motor.
Dans cet exemple, la machine 10 comporte un boitier 11. A l'intérieur de ce boitier 11, elle comporte, en outre, un arbre 13, un rotor 12 solidaire en rotation de l’arbre 13 et un stator 15 entourant le rotor 12. Le mouvement de rotation du rotor 12 se fait autour d’un axe X. Dans la suite de la description, la direction axiale correspond à l'axe X, traversant en son centre l’arbre 13, alors que les orientations radiales correspondent à des plans concourants, et notamment perpendiculaires, à l'axe X. Pour les directions radiales, la dénomination intérieure correspondant à un élément orienté vers l’axe, ou plus proche de l’axe par rapport à un second élément, la dénomination extérieure désignant un éloignement de l’axe. Dans l’ensemble de la description et dans les revendications, on entend par « sensiblement radial » une direction formant un angle compris entre 85° et 95° par rapport à l’axe X. De même, on entend par « sensiblement axial » une direction formant un angle compris entre 0° et 5° par rapport à l’axe X.In this example, the machine 10 comprises a casing 11. Inside this casing 11, it further comprises a shaft 13, a rotor 12 integral in rotation with the shaft 13 and a stator 15 surrounding the rotor 12 The rotational movement of the rotor 12 takes place around an axis X. In the remainder of the description, the axial direction corresponds to the axis X, crossing the shaft 13 at its center, whereas the radial orientations correspond to concurrent planes, and in particular perpendicular, to the X axis. For the radial directions, the internal denomination corresponding to an element oriented towards the axis, or closer to the axis with respect to a second element, the external denomination designating a distance from the axis. Throughout the description and in the claims, the term "substantially radial" means a direction forming an angle of between 85° and 95° with respect to the axis X. Similarly, the term "substantially axial" means a direction forming an angle between 0° and 5° with respect to the X axis.
Dans cet exemple, le boitier 11 comporte un flasque avant 16 et un flasque arrière 17 qui sont assemblés ensemble. Ces flasques 16, 17 sont de forme creuse et portent, chacun, centralement un palier accouplé à un roulement à billes 18, 19 respectif pour le montage à rotation de l'arbre 13. En outre, le boitier 11 comporte des moyens de fixation 14 permettant le montage de la machine électrique tournante 10 dans le véhicule.In this example, the box 11 comprises a front flange 16 and a rear flange 17 which are assembled together. These flanges 16, 17 are hollow in shape and each carry, centrally, a bearing coupled to a respective ball bearing 18, 19 for the rotational mounting of the shaft 13. In addition, the housing 11 comprises fixing means 14 allowing the mounting of the rotary electrical machine 10 in the vehicle.
Un organe d’entraînement tel qu’une poulie 20 peut être fixé sur une extrémité avant de l’arbre 13. Cet organe permet de transmettre le mouvement de rotation à l’arbre ou à l’arbre de transmettre son mouvement de rotation à la courroie. Dans la suite de la description, les dénominations avant/arrière se réfèrent à cet organe. Ainsi une face avant est une face orientée en direction de l’organe alors qu’une face arrière est une face orientée en direction opposée dudit organe.A drive member such as a pulley 20 can be fixed on a front end of the shaft 13. This member makes it possible to transmit the rotational movement to the shaft or to the shaft to transmit its rotational movement to the belt. In the remainder of the description, the denominations front/rear refer to this member. Thus a front face is a face oriented in the direction of the organ while a rear face is a face oriented in the opposite direction of said organ.
L’extrémité arrière de l’arbre 13 porte, ici, des bagues collectrices 21 appartenant à un collecteur 22. Des balais 23 appartenant à un porte-balais 24 sont disposés de façon à frotter sur les bagues collectrices 21. Le porte-balais 24 est relié à un régulateur de tension (non représenté).The rear end of the shaft 13 carries, here, slip rings 21 belonging to a commutator 22. Brushes 23 belonging to a brush holder 24 are arranged so as to rub on the slip rings 21. The brush holder 24 is connected to a voltage regulator (not shown).
Le flasque avant 16 et le flasque arrière 17 peuvent comporter des ouvertures sensiblement latérales pour le passage d’un flux d’air en vue de permettre le refroidissement de la machine 10 par circulation d'air engendrée par la rotation d’un ventilateur avant 25 agencé sur une face axiale avant du rotor 12 et d’un ventilateur arrière 26 agencé sur une face axiale arrière dudit rotor.The front flange 16 and the rear flange 17 may comprise substantially lateral openings for the passage of an air flow in order to allow the cooling of the machine 10 by circulation of air generated by the rotation of a front fan 25 arranged on a front axial face of the rotor 12 and a rear fan 26 arranged on a rear axial face of said rotor.
Dans cet exemple de réalisation, le stator 15 comporte un corps 27 formé d'un paquet de tôles doté d'encoches, équipées d’isolant d’encoche pour le montage d’un bobinage électrique 28. Le bobinage traverse les encoches du corps 27 et forment un chignon avant 29 et un chignon arrière 30 de part et d'autre du corps du stator. Par ailleurs, le bobinage 28 est formé d’une ou plusieurs phases comportant au moins un conducteur électrique et étant reliées électriquement à un ensemble électronique 36.In this exemplary embodiment, the stator 15 comprises a body 27 formed from a stack of laminations provided with notches, equipped with notch insulation for mounting an electric winding 28. The winding passes through the notches of the body 27 and form a front bun 29 and a rear bun 30 on either side of the body of the stator. Furthermore, the winding 28 is formed of one or more phases comprising at least one electrical conductor and being electrically connected to an electronic assembly 36.
L’ensemble électronique 36 qui est ici monté sur le boitier 11, comporte au moins un module électronique de puissance permettant de piloter au moins une phase du bobinage 28. Le module de puissance forme un pont redresseur de tension pour transformer la tension alternative générée en une tension continue et inversement.The electronic assembly 36 which is here mounted on the box 11, comprises at least one electronic power module making it possible to control at least one phase of the winding 28. The power module forms a voltage rectifier bridge to transform the alternating voltage generated into DC voltage and vice versa.
Le rotor 12 est un rotor à griffe comportant deux roues polaires 31. Chaque roue polaire 31 est formée d’un plateau 32 d’orientation transversale et de forme globalement annulaire, d’une pluralité de griffes 33 formants des pôles magnétiques et d’un noyau 34 cylindrique. Les griffes 33 d’une roue polaire 31 sont, respectivement, dirigées axialement vers le plateau 32 de l'autre roue polaire, chaque griffe pénétrant dans l'espace existant entre deux griffes voisines de ladite autre roue polaire, de sorte que les griffes des deux roues polaires soient imbriquées. Le rotor comporte une bobine rotorique 35 enroulée autour du noyau 34 et un isolant de bobine 37 agencé entre ladite bobine et les roues polaires pour assurer l’isolation électrique. Par exemple, les bagues collectrices 21 appartenant au collecteur 22 sont reliées par des liaisons filaires à ladite bobine 35. Le rotor 12 peut ou non comporter des éléments magnétiques, tels que des aimants permanents, interposés entre deux griffes 33 adjacentes.The rotor 12 is a claw rotor comprising two pole wheels 31. Each pole wheel 31 is formed of a plate 32 of transverse orientation and of generally annular shape, of a plurality of claws 33 forming magnetic poles and of a core 34 cylindrical. The claws 33 of a pole wheel 31 are, respectively, directed axially towards the plate 32 of the other pole wheel, each claw penetrating into the space existing between two neighboring claws of the said other pole wheel, so that the claws of the two pole wheels are nested. The rotor comprises a rotor coil 35 wound around the core 34 and a coil insulator 37 arranged between said coil and the pole wheels to provide electrical insulation. For example, the slip rings 21 belonging to the collector 22 are connected by wire connections to said coil 35. The rotor 12 may or may not include magnetic elements, such as permanent magnets, interposed between two adjacent claws 33.
La figure 2 illustre plus précisément le forme des roues polaires 31. Chaque roue polaire présente un axe Y de rotation qui est avantageusement confondu avec l’axe X de rotation de la machine électrique tournante. La description qui va suivre est faite en référence à la griffe illustrée sur la figure 2, on comprendra que cette description s’applique à toutes les griffes d’une roue polaire. La griffe 33 présente une forme préférentiellement trapézoïdale. La griffe s’étend dans une direction sensiblement axiale à partir du plateau 32 et notamment à partir d’une portion externe du plateau. La griffe présente une base 38 formant la portion de la griffe adjacente au plateau et une extrémité libre 39 formant la portion de la griffe la plus éloignée axialement du plateau. La griffe 33 présente également une surface externe 40 s’étendant en regard du corps de stator 27 et une surface interne 41 opposée radialement à ladite surface externe 40. Lesdites surfaces externe 40 et interne 41 s’étendent sensiblement axialement entre le plateau 32 et l’extrémité libre 39 de ladite griffe.FIG. 2 more precisely illustrates the shape of the pole wheels 31. Each pole wheel has a rotation axis Y which advantageously coincides with the rotation axis X of the rotary electrical machine. The following description is made with reference to the claw illustrated in Figure 2, it will be understood that this description applies to all the claws of a pole wheel. The claw 33 has a preferentially trapezoidal shape. The claw extends in a substantially axial direction from the plate 32 and in particular from an outer portion of the plate. The claw has a base 38 forming the portion of the claw adjacent to the plate and a free end 39 forming the portion of the claw furthest axially from the plate. The claw 33 also has an outer surface 40 extending opposite the stator body 27 and an inner surface 41 radially opposite said outer surface 40. Said outer 40 and inner 41 surfaces extend substantially axially between the plate 32 and the free end 39 of said claw.
Le noyau 34 forme un cylindre qui s’étend axialement à partir du plateau 32. Le noyau est dirigé axialement vers le plateau de l'autre roue polaire et s’étend donc sensiblement dans la même direction axiale que la direction axiale d’extension des griffes 33. Le noyau 34 est agencé centralement dans la roue polaire de sorte que les griffes entourent ledit noyau. Le noyau présente une surface externe, dite surface de bobinage 42, sur laquelle est bobinée la bobine rotorique 35.The core 34 forms a cylinder which extends axially from the plate 32. The core is directed axially towards the plate of the other pole wheel and therefore extends substantially in the same axial direction as the axial direction of extension of the claws 33. The core 34 is arranged centrally in the pole wheel so that the claws surround said core. The core has an outer surface, called the winding surface 42, on which the rotor coil 35 is wound.
Le plateau 32 présente une portion externe 43 à partir de laquelle s’étendent les griffes 33, une portion interne 44 à partir de laquelle s’étend le noyau 34 et une portion centrale 47 agencée radialement entre lesdites portions interne et externe. Ainsi, la portion centrale est, ici, adjacente aux griffes et au noyau.The plate 32 has an outer portion 43 from which the claws 33 extend, an inner portion 44 from which the core 34 extends and a central portion 47 arranged radially between said inner and outer portions. Thus, the central portion is, here, adjacent to the claws and to the core.
La portion centrale 47 présente une épaisseur E, mesurée dans une direction axiale, qui n’est pas constante dans ladite portion centrale. Ainsi, l’épaisseur E du plateau 32 varie le long de la portion centrale.The central portion 47 has a thickness E, measured in an axial direction, which is not constant in said central portion. Thus, the thickness E of the plate 32 varies along the central portion.
Comme illustré dans l’exemple de la figure 2, l’épaisseur E de la portion centrale 47 varie de sorte que la largeur L de la base 38 de la griffe 33, mesurée dans une direction radiale, soit agrandie par rapport à si le plateau présentait une épaisseur classique constante. Cela permet d’éviter une saturation au niveau de la jonction entre le plateau 32 et la base de la griffe 38 qui limite le passage du flux magnétique.As illustrated in the example of Figure 2, the thickness E of the central portion 47 varies so that the width L of the base 38 of the claw 33, measured in a radial direction, is enlarged with respect to if the plate exhibited a constant classical thickness. This avoids saturation at the junction between the plate 32 and the base of the claw 38 which limits the passage of the magnetic flux.
La portion centrale 47 présente une première surface 45 s’étendant entre la surface de bobinage 42 et la surface interne 41 de la griffe 33 et une deuxième surface 46 s’étendant entre l’axe Y de la roue polaire et la surface externe 40 de la griffe. Dans l’exemple de réalisation illustré ici, la première surface 45 s’étend selon une direction inclinée par rapport à la direction radiale et également inclinée par rapport à la direction axiale. Plus précisément ici, la première surface 45 est inclinée de sorte qu’une épaisseur du plateau 32 prise au niveau de la portion externe 43 soit supérieure à une épaisseur du plateau 32 prise au niveau de la portion interne 44. La deuxième surface 46 de la portion centrale 47 s’étend, ici, dans une direction sensiblement radiale. De préférence, la roue polaire 31 présente un chanfrein 51 s’étendant entre la deuxième surface 46 et la surface externe 40 de la griffe 33. Le chanfrein permet notamment de diminuer le bruit magnétique de la roue polaire.The central portion 47 has a first surface 45 extending between the winding surface 42 and the internal surface 41 of the claw 33 and a second surface 46 extending between the axis Y of the pole wheel and the external surface 40 of the claw. In the exemplary embodiment illustrated here, the first surface 45 extends in a direction inclined with respect to the radial direction and also inclined with respect to the axial direction. More precisely here, the first surface 45 is inclined so that a thickness of the plate 32 taken at the level of the external portion 43 is greater than a thickness of the plate 32 taken at the level of the internal portion 44. The second surface 46 of the central portion 47 extends, here, in a substantially radial direction. Preferably, the pole wheel 31 has a chamfer 51 extending between the second surface 46 and the outer surface 40 of the claw 33. The chamfer makes it possible in particular to reduce the magnetic noise of the pole wheel.
Par exemple, la première surface 45 présente une forme de segment de droite ainsi l’épaisseur de la portion centrale 47 du plateau varie de manière sensiblement linéaire.For example, the first surface 45 has the shape of a straight segment, so the thickness of the central portion 47 of the plate varies substantially linearly.
Toujours par exemple, un angle d’inclinaison entre la direction radiale et la direction d’inclinaison de la première surface 45 de la portion centrale est compris entre 20° et 40° et en particulier égal à 30°.Still for example, an angle of inclination between the radial direction and the direction of inclination of the first surface 45 of the central portion is between 20° and 40° and in particular equal to 30°.
Les griffes 33, le plateau 32 et le noyau 34 sont monoblocs et de préférence issu de matière ensemble par exemple par forgeage.The claws 33, the plate 32 and the core 34 are one-piece and preferably made from a material together, for example by forging.
Les deux roues polaires 31 du rotor 12 sont agencées de manière inversées axialement l’une par rapport à l’autre de sorte que les surfaces d’extrémité axiale 48 des noyaux 34 de chacune des roues polaires soient en contact l’une avec l’autre. Ainsi, les deux surfaces de bobinage 42 des noyaux 34 forment une seule surface cylindrique autour de laquelle est enroulée la bobine 35.The two pole wheels 31 of the rotor 12 are arranged axially inverted with respect to each other so that the axial end surfaces 48 of the cores 34 of each of the pole wheels are in contact with each other. other. Thus, the two winding surfaces 42 of the cores 34 form a single cylindrical surface around which the coil 35 is wound.
La bobine 35 comporte au moins un conducteur électrique 52 qui est enroulé sur la surface de bobinage 42 en formant plusieurs couches radiales, chaque couche comprenant plusieurs tours dudit conducteur autour de ladite surface 42. Par exemple, les couches peuvent présenter respectivement des nombres de tours différents. Dans l’exemple illustré sur la figure 2, la bobine 35 est enroulée de sorte à ce que sa section dans un plan axial présente une forme trapézoïdale. Plus précisément, la bobine présente deux sections de forme trapézoïdale dans un plan axial, lesdites sections étant symétriques par rapport à l’axe. Par exemple, la bobine est enroulée de sorte à suivre l’inclinaison de la première surface 45 du plateau 32 de la roue polaire associée et en particulier l’inclinaison des deux premières surfaces 45 des deux roues polaires 31. Plus précisément, la forme trapézoïdale est obtenue du fait qu’au moins une première couche de la bobine 35 présente un nombre de tours du conducteur 52 supérieur à un nombre de tours dudit conducteur 52 formant une deuxième couche adjacente dans une direction radialement externe.The coil 35 comprises at least one electrical conductor 52 which is wound on the winding surface 42 by forming several radial layers, each layer comprising several turns of said conductor around said surface 42. For example, the layers can respectively present numbers of turns different. In the example illustrated in Figure 2, the coil 35 is wound so that its section in an axial plane has a trapezoidal shape. More specifically, the coil has two sections of trapezoidal shape in an axial plane, said sections being symmetrical with respect to the axis. For example, the coil is wound so as to follow the inclination of the first surface 45 of the plate 32 of the associated pole wheel and in particular the inclination of the two first surfaces 45 of the two pole wheels 31. More precisely, the trapezoidal shape is obtained because at least a first layer of coil 35 has a number of turns of conductor 52 greater than a number of turns of said conductor 52 forming a second adjacent layer in a radially outer direction.
La bobine 35 est de préférence enroulée sur l’isolant de bobine 37 avant l’assemblage du rotor 12, c’est-à-dire avant son montage sur la roue polaire 31. La bobine peut être enroulée en utilisant un conducteur 52 de type thermodur ou en injectant de la colle telle que du vernis lors de l’enroulement du conducteur 52. La bobine et son isolant 37 sont ensuite assemblé sur la roue polaire 31 par exemple par emmanchement.The coil 35 is preferably wound on the coil insulator 37 before the assembly of the rotor 12, that is to say before its mounting on the pole wheel 31. The coil can be wound using a conductor 52 of the type thermoset or by injecting glue such as varnish when winding the conductor 52. The coil and its insulator 37 are then assembled on the pole wheel 31 for example by fitting.
Dans l’exemple décrit ici, le conducteur 52 présente une section ronde. De préférence, dans une deuxième couche, le conducteur 52 peut être agencé, par rapport à une direction axiale, entre deux tours dudit conducteur dans une première couche agencée de manière adjacente dans une direction radiale interne. Alternativement, le conducteur 52 présente une section rectangulaire.In the example described here, the conductor 52 has a round section. Preferably, in a second layer, the conductor 52 may be arranged, with respect to an axial direction, between two turns of said conductor in a first layer arranged adjacently in an internal radial direction. Alternatively, conductor 52 has a rectangular section.
Le portion centrale 47 du plateau 32 peut présenter une épaisseur E qui varie sur toute la circonférence de ladite portion 47.The central portion 47 of the plate 32 may have a thickness E which varies over the entire circumference of said portion 47.
Alternativement, le plateau 32 peut présenter au moins une, et de préférence deux, portion(s) plane (non représentées) agencées radialement entre la portion interne 44 et la portion externe 43 et circonférentiellement de manière adjacente à la portion centrale 47. Ces portions planes présentent chacune une première surface 45 d’extension plane. On entend par extension plane, que ces portions de surface s’étendent dans une direction sensiblement radiale et ainsi que l’épaisseur E du plateau le long des portions planes est constante. La portion centrale 47 présente alors une épaisseur E qui varie sur une portion seulement de la circonférence de ladite portion 47. Le ou les extrémité(s) du conducteur 52 de la bobine 35 peuvent être plus facilement connectée(s) au collecteur 22 et peuvent également servir d’indexage de ladite bobine 35 par rapport à la roue polaire 31 et donc au collecteur.Alternatively, the plate 32 may have at least one, and preferably two, flat portion(s) (not shown) arranged radially between the inner portion 44 and the outer portion 43 and circumferentially adjacent to the central portion 47. These portions planar each have a first surface 45 of planar extension. Planar extension means that these surface portions extend in a substantially radial direction and that the thickness E of the plate along the planar portions is constant. The central portion 47 then has a thickness E which varies over only a portion of the circumference of said portion 47. The end(s) of the conductor 52 of the coil 35 can be more easily connected to the collector 22 and can also serve as indexing of said coil 35 relative to the pole wheel 31 and therefore to the commutator.
L’isolant de bobine 37, non illustré sur la figure 2 pour des raisons de simplification, est agencé entre ladite bobine 35 et les roues polaires 31. Plus précisément, l’isolant de bobine 37 présente un fond agencé entre la bobine 35 et les noyaux 34, deux parois latérales chacune agencée entre la bobine 35 et la première surface 45 de la portion centrale 47 et des pétales chacune agencée entre la bobine 35 et une surface interne 41 d’une des griffes 33. L’isolant de bobine 37 est de préférence monobloc et toutes ces parties sont issues de matière les unes avec les autres.The coil insulator 37, not shown in Figure 2 for reasons of simplification, is arranged between said coil 35 and the pole wheels 31. More specifically, the coil insulator 37 has a bottom arranged between the coil 35 and the cores 34, two side walls each arranged between the coil 35 and the first surface 45 of the central portion 47 and petals each arranged between the coil 35 and an inner surface 41 of one of the claws 33. The coil insulator 37 is preferably in one piece and all these parts are made in one piece with each other.
Les parois latérales de l’isolant de bobine 37 présentent, respectivement, la même inclinaison par rapport à une direction radiale que celle de la première surface 45 de la portion centrale 47 du plateau 32. Ainsi, les parois latérales s’étendent dans une direction inclinée par rapport à une direction radiale. L’inclinaison des parois latérales de l’isolant 37 est de préférence réalisée par pliage lors de l’assemblage de l’isolant sur la roue polaire 31.The side walls of the coil insulator 37 have, respectively, the same inclination with respect to a radial direction as that of the first surface 45 of the central portion 47 of the plate 32. Thus, the side walls extend in a direction inclined with respect to a radial direction. The inclination of the side walls of the insulator 37 is preferably carried out by folding during the assembly of the insulator on the pole wheel 31.
Dans l’exemple de réalisation illustré sur la figure 3, la surface externe 40 de la griffe 33 présente un segment décroissant 49 agencé de manière à ce qu’un rayon entre ladite surface externe et l’axe de la roue polaire Y décroisse, lorsque l’on se déplace, le long dudit segment décroissant, vers l’extrémité libre 39 de la griffe. Par exemple, la distance entre l’axe Y et la surface externe 40 au niveau de l’extrémité libre 39 est inférieure à la distance entre l’axe Y et la surface externe 40 au niveau d’une extrémité du segment décroissant 49 opposée, axialement, à l’extrémité libre 39. Autrement dit, la largeur radiale de l’entrefer 50 augmente lorsque l’on se déplace d’une première extrémité du segment décroissant proche de la base de la griffe 38 à une deuxième extrémité dudit segment proche de l’extrémité libre 39 de la griffe. De préférence, la deuxième extrémité du segment décroissant 49 est confondue avec l’extrémité libre 39.In the embodiment illustrated in Figure 3, the outer surface 40 of the claw 33 has a decreasing segment 49 arranged so that a radius between said outer surface and the axis of the pole wheel Y decreases, when one moves, along said decreasing segment, towards the free end 39 of the claw. For example, the distance between the Y axis and the outer surface 40 at the free end 39 is less than the distance between the Y axis and the outer surface 40 at an opposite end of the decreasing segment 49, axially, at the free end 39. In other words, the radial width of the air gap 50 increases when moving from a first end of the decreasing segment close to the base of the claw 38 to a second end of said segment close of the free end 39 of the claw. Preferably, the second end of the decreasing segment 49 coincides with the free end 39.
La surface interne 41 de la griffe 33 présente, ici, un segment configuré de manière à ce qu’un rayon entre la surface interne 41 et l’axe Y croisse, lorsque l’on se déplace, le long dudit segment, vers l’extrémité libre 39 de la griffe correspondante.The inner surface 41 of the claw 33 has, here, a segment configured so that a radius between the inner surface 41 and the Y axis increases, when one moves, along said segment, towards the free end 39 of the corresponding claw.
La surface externe 40 est ainsi plus éloignée du corps de stator 27 à l’extrémité libre 39 de la griffe qu’au niveau de la base 38 de la griffe. Ainsi, l’entrefer 50 entre le rotor 12 et le stator 15 peut être diminuer sans que la force de centrifugation ne viennent créer de contact entre l’extrémité de la griffe et le corps de stator.The outer surface 40 is thus farther from the stator body 27 at the free end 39 of the claw than at the level of the base 38 of the claw. Thus, the air gap 50 between the rotor 12 and the stator 15 can be reduced without the centrifugal force creating contact between the end of the claw and the stator body.
Dans l’exemple illustré ici, le rayon de la surface externe 40 décroît, le long du segment décroissant 49, de manière sensiblement linéaire. De préférence, le rayon de la surface externe 40 décroît, le long du segment décroissant 49, suivant un angle inférieur ou égal à 20° par rapport à l’axe Y. Toujours de préférence, cet angle est supérieur à 1°. Le segment décroissant 49 peut s’étendre sur toute la surface externe 40 ou uniquement sur une portion de ladite surface, cette portion étant alors adjacente à l’extrémité libre 39 de la griffe.In the example illustrated here, the radius of the outer surface 40 decreases, along the decreasing segment 49, in a substantially linear manner. Preferably, the radius of the outer surface 40 decreases, along the decreasing segment 49, at an angle less than or equal to 20° relative to the Y axis. Still preferably, this angle is greater than 1°. The decreasing segment 49 can extend over the entire outer surface 40 or only over a portion of said surface, this portion then being adjacent to the free end 39 of the claw.
Dans toute la description qui précède, il est entendu que la variation d’épaisseur du plateau est supérieure à une variation d’épaisseur créée par des rayons de courbure formés entre la base de la griffe et le plateau et/ou entre le noyau et le plateau. En effet, ces rayons de courbure sont liés au procédé de fabrication de la roue polaire, notamment par forgeage, qui ne permet pas d’avoir des angles vifs entre les parties de la roue polaire. L’augmentation d’épaisseur due au rayon de courbure ne permet en aucun cas d’améliorer la transmission du flux magnétique en dé-saturant la griffe.Throughout the preceding description, it is understood that the variation in thickness of the plate is greater than a variation in thickness created by radii of curvature formed between the base of the claw and the plate and/or between the core and the plateau. Indeed, these radii of curvature are linked to the manufacturing process of the pole wheel, in particular by forging, which does not allow for sharp angles between the parts of the pole wheel. The increase in thickness due to the radius of curvature does not in any way improve the transmission of the magnetic flux by desaturating the claw.
La présente invention trouve des applications en particulier dans le domaine des rotors pour alternateur ou machine réversible mais elle pourrait également s’appliquer à tout type de machine tournante.The present invention finds applications in particular in the field of rotors for alternators or reversible machines, but it could also be applied to any type of rotating machine.
Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de la présente invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents.Of course, the foregoing description has been given by way of example only and does not limit the scope of the present invention, which would not be departed from by replacing the various elements with any other equivalents.
Claims (13)
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2019
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