Brevet FR2894088A1 — publié le 20070601

MACHINE DYNAMO-ELECTRIQUE La présente invention concerne une machine électrique à dynamo et en particulier un moteur électrique et/ou un générateur. Le moteur électrique et/ou le générateur sont adaptés à une utilisation dans des applications aérospatiales, mais peuvent potentiellement être utilisés dans d'autres applications. Une forme connue de machine électrique à dynamo comprend un faisceau de rotor stratifié monté pour la rotation à l'intérieur d'un stator. Une série de bobinages sont portés par le rotor, les coins primaires et secondaires coopérant avec le faisceau de rotor et les bobinages pour fixer les bobinages en position contre les grandes forces centrifuges subies par des parties de la machine en cours d'utilisation. Par exemple, en fonctionnement, le rotor peut tourner à des vitesses jusqu'à 20 000 tr/mn. En fonctionnement, de la chaleur est générée dans les bobinages. Pour éliminer la chaleur de la région entourant les bobinages, de l'huile relativement froide est autorisée à s'écouler ou à se projeter sur les parties d'extrémité exposées des bobinages qui surplombent les extrémités des stratifications de rotor. Bien que cette technique de refroidissement puisse être efficace pour réguler la température des parties d'extrémité exposées des bobinages, peu voire pas de refroidissement direct n'intervient à des parties des bobinages situées à des positions intermédiaires entre les parties d'extrémité exposées, et l'exigence d'éviter des températures excessives dans les bobinages réduit le rendement de la machine. Un certain nombre d'agencements sont connus dans lesquels des passages sont fournis dans un corps de rotor pour permettre à un liquide de refroidissement de passer à travers le corps de rotor pour refroidir le corps de rotor. Des agencements de ce type sont décrits par exemple dans les documents GB 2099229, US 4 365 178, JP 09150345 et US 5 986 366. Bien que de tels agencements puissent permettre un refroidissement satisfaisant du corps de rotor proprement dit, ils ne permettent pas le refroidissement direct de la configuration de bobinages à grande densité de puissance. A 2 moins que la chaleur des bobinages ne se dissipe dans le corps de rotor et qu'une telle dissipation de chaleur ne soit considérée comme étant limitée, même le refroidissement indirect des bobinages ne se produit pas. Selon la présente invention, il est fourni un rotor pour une machine électrique à dynamo, le rotor comprenant un corps de rotor définissant une pluralité de pôles autour desquels des bobinages sont fournis, les pôles adjacents définissant un espace entre eux, et un agencement de coins couvrant l'espace entre les pôles adjacents et servant à fixer les bobinages en position, et un passage de décharge pour fournir le liquide de refroidissement audit espace. Le corps de rotor peut incorporer un passage de liquide de refroidissement qui s'étend sensiblement en parallèle à l'axe du corps adjacent audit espace, le passage de décharge communiquant avec le passage de liquide de refroidissement pour fournir du liquide de refroidissement du passage de liquide de refroidissement audit espace. En plaçant le passage de liquide de refroidissement adjacent audit espace, il peut être positionné de manière à avoir un effet minimal sur le fonctionnement électrique du rotor. L'agencement de coins sert de manière pratique à dévier le liquide de refroidissement dudit espace vers les bobinages. Un tel agencement est avantageux en ce que le liquide de refroidissement peut être fourni aux bobinages à une position intermédiaire des extrémités du rotor. Le liquide peut s'écouler le long des bobinages jusqu'aux extrémités du rotor et servir à refroidir les parties intermédiaires des bobinages, en générant ainsi un flux uniforme de liquide de refroidissement fourni axialement à travers les deux extrémités du rotor. Le corps de rotor est de manière pratique de forme stratifiée, le passage de liquide de refroidissement étant défini par des ouvertures alignées estampées dans les éléments stratifiés individuels. Une extrémité du passage de liquide de refroidissement peut être fermée par une plaque d'extrémité, l'autre extrémité étant fermée par une plaque de distribution formée avec des gorges définissant des passages 3 pour permettre la distribution du liquide de refroidissement vers le passage de liquide de refroidissement. Un anneau situé dans la plaque d'extrémité assure une quantité minimale d'écoulement d'huile pour distribuer l'huile symétriquement à tous les pôles du rotor. De préférence, le rotor contient plusieurs dits espaces, et chaque dit espace a un passage de liquide de refroidissement et un passage de décharge qui lui est associé. En variante, dans le cas où le corps de rotor est de forme stratifiée, le passage de décharge peut être défini par une gorge formée dans une surface d'une plaque située à l'intérieur du corps de rotor. La gorge s'étend de manière pratique d'une ouverture centrale de la plaque à la périphérie extérieure de celle-ci et de préférence s'étend radialement, bien que d'autres configurations puissent être possibles. Les avantages susmentionnés sont également applicables au présent agencement car le liquide de refroidissement peut être fourni aux parties intermédiaires des bobinages pour assurer un flux de refroidissement le long des bobinages. Le liquide de refroidissement peut être de l'huile. L'invention concerne également une machine électrique à dynamo comprenant un stator et un rotor supporté pour la rotation pal-rapport au stator, le rotor prenant la forme susmentionnée. L'invention va être décrite, à titre d'exemple, par référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une vue en perspective schématique d'une partie d'un rotor d'une machine électrique à dynamo ; la figure 2 est une vue en coupe du rotor de la figure 1 ; la figure 3 est une vue de l'une des stratifications du rotor ; la figure 4 est une vue en coupe schématique illustrant une partie du rotor ; la figure 5 est une vue en perspective d'une conception alternative de rotor ; la figure 6 est une vue en coupe d'une partie du rotor de la figure 5 ; et 4 la figure 7 est une vue illustrant une partie du rotor des figures 5 et 6. Les figures 1 et 2 illustrent une partie d'un rotor pour une utilisation en relation avec le stator d'une machine électrique à dynamo, et en particulier une machine électrique à dynamo destinée à tourner à grande vitesse, en fonctionnement. Le rotor illustré sur les figures 1 et 2 comprend un arbre de rotor 10 sur lequel est monté un corps de rotor stratifié 12. Le corps de rotor 12 est formé de quatre gorges 14 espacées à angle égal et comprend ainsi quatre pôles ou membres 16 espacés à angle égal autour desquels des bobinages 18 sont formés. On appréciera que d'autres conceptions peuvent avoir un plus ou moins grand nombre de membres. Comme cela, est illustré, les bobinages 18 sont assis, partiellement, dans des renfoncements 16a formés sur les côtés des membres 16. Les bobinages 18 sont fixés en position au moyen d'agencements de coins 20 de forme sensiblement conventionnelle. Les agencements de coins 20 comprennent chacun un coin extérieur ou primaire 22 ayant des extrémités 24 situées de manière à s'appuyer contre les lèvres 26 formées au niveau des parties radialement extérieures des membres 16 afin de sécuriser les coins primaires 22 contre les forces centrifuges qui agissent sur ceux-ci, en fonctionnement. Les coins secondaires 28 sont situés radialement vers l'intérieur des coins primaires 22, les coins secondaires étant serrés entre les surfaces présentées vers l'extérieur des bobinages 18 et les coins primaires 22 de manière à résister au mouvement des bobinages 18. Comme cela est illustré sur la figure 4, une couche d'un matériau d'isolation électrique 30 est interposée entre chaque coin secondaire 28 et les bobinages associés 18. Le corps de rotor 12 est constitué d'une série de stratifications 32 de la forme illustrée sur la figure 3. Les stratifications 32 sont estampées dans des tôles de fer, l'estampage formant une ouverture centrale 34 recevant, en fonctionnement, l'arbre de rotor 10, et quatre gorges 36 espacées à angle égal qui servent ensemble à former les quatre renfoncements espacés à angle égal 14 du corps de rotor. Les gorges 36 définissent des renfoncements 36a qui forment ensemble les renfoncements 16a du corps de rotor. De manière adjacente à chaque gorge 36 entre deux renfoncements adjacents 36a est estampée une ouverture 38, les ouvertures 38 servant ensemble à former des passages de liquide de refroidissement 40, dans le corps de rotor 12 assemblé, chaque passage de liquide de refroidissement s'étendant sensiblement en parallèle avec l'accès du corps 5 de rotor 12, et étant adjacent à un espace 42 entre une paire de rnembres 16 adjacents et des bobinages 18 adjacents. Les ouvertures 38 peuvent être de n'importe quel profil adapté pour recevoir la distribution de flux souhaitée dans les passages de liquide de refroidissement 40. Les parties du corps de rotor 12 dans lesquelles se trouvent les passages de liquide de refroidissement 40 sont des régions de faible tension et, en fonctionnement, sont également des régions de très faible flux magnétique. La fourniture des passages de liquide de refroidissement 40 n'a donc que peu d'effet sur la force ou le fonctionnement électrique de la machine. Approximativement à mi-chemin le long de la longueur clu corps de rotor 12, des passages de décharge 44 sont formés, chaque passage de décharge 44 s'étendant sensiblement radialement et fournissant: un chemin de communication fluide entre l'un des passages de liquide de refroidissement 40 et l'espace associé 42. Les passages de décharge 44 sont formés par érosion filaire ou en utilisant un processus de perçage adapté après avoir assemblé les stratifications du corps de rotor 12. A une extrémité du corps de rotor 12, dans ce cas l'extrémité hors entraînement, il est fourni une plaque d'extrémité 46 ayant sensiblement la même forme que les stratifications 32, mais dans laquelle les ouvertures 38 sont omises. On appréciera que la plaque d'extrémité 46 sert à fermer le passage de liquide de refroidissement 40 à cette extrémité du corps de rotor 12. L'autre extrémité, à savoir l'extrémité d'entraînement, du corps de rotor 12 est munie d'une plaque de distribution 48, la surface intérieure de la plaque de distribution 48 étant dotée de gorges ou de renfoncements de la forme illustrée sur la figure 2. Les renfoncements formés dans la plaque d'extrémité de distribution 48 comprennent un renfoncement annulaire 50 duquel s'étendent quatre renfoncements 52 s'étendant radialement à angle 6 égal, les extrémités extérieures de ceux-ci étant alignées avec les passages 40 respectifs. Comme cela est illustré sur les figures 1 et 2, l'arbre de rotor 10 est muni d'ouvertures 54 de petit diamètre s'étendant radialement de l'intérieur creux de distribution d'huile de l'arbre de rotor 10 vers la périphérie extérieure de l'arbre de rotor 10 à des positions s'alignant avec le renfoncement annulaire 50. En fonctionnement, l'huile de refroidissement est fournie à l'intérieur de l'arbre de rotor 10, et l'huile de refroidissement est capable de traverser un jet d'huile 54 formé par l'ouverture de petit diamètre dans le renfoncement annulaire 50. A partir du renfoncement annulaire 50, l'huile de refroidissement est capable de s'écouler le long des renfoncements 52 s'étendant radialement pour entrer dans les passages de liquide de refroidissement 40 formés dans le corps de rotor 12. L'huile est capable de passer le long des passages de liquide de refroidissement 40 et de s'écouler radialement vers l'extérieur à travers les passages de décharge 44 dans les espaces 42. A partir des espaces 42, l'huile de refroidissement est capable d'entrer dans les petites cavités entre les conducteurs individuels des bobinages 18, l'huile incidente sur les coins secondaires intérieurs 28 s'écoulant dans ces cavités sous l'action de la force centrifuge. L'huile s'écoule le long de ces cavités vers les extrémités du rotor d'où elle peut s'échapper. On appréciera que le flux d'huile dans, le long et en provenance des bobinages 18 sert à refroidir les bobinages 18 à des positions intermédiaires aux extrémités du rotor. Bien que dans le présent mode de réalisation les passages de décharge 44 soient tous situés environ au centre du rotor 12, on appréciera que cela n'est pas forcément le cas et que les passages de décharge 44 peuvent être situés à d'autres emplacements axiaux. En outre, si cela est souhaité, plusieurs passages de décharge 44 peuvent être associés à chaque passage de liquide de refroidissement 40. Les tailles des jets d'huile 54 sont choisies de manière à réguler le débit auquel l'huile de refroidissement est fournie. Si des passages de 7 dimensions souhaitées peuvent être formés sans risque connexe d'être bloqué ou de dévier un flux excessif d'huile d'autres régions, en fonctionnement, des orifices individuels peuvent alors directement alimenter chacun des renfoncements 52 s'étendant radialement, ce qui évite la nécessité de fournir le renfoncement annulaire 50. Néanmoins, il est actuellement envisagé dans le présent mode de réalisation que la fourniture d'ouvertures individuelles n'est pas pratique, et deux ouvertures de plus grand diamètre sont donc fournies. Comme cela a été susmentionné, il a été constaté que la partie du corps de rotor 12 dans laquelle les passages de liquide de refroidissement 40 sont fournis ne supporte que peu des forces centrifuges appliquées pendant l'utilisation de la machine électrique à dynamo, et l'intégrité structurelle du rotor n'est donc pas indûment affectée par la fourniture des passages de liquide de refroidissement 40. En outre, les parties du corps de rotor 12 dans lesquelles les passages de liquide de refroidissement 40 sont fournis sont également des régions de très faible flux magnétique, et le fonctionnement électrique de la machine électrique à dynamo n'est donc pas compromis. Pendant l'assemblage des stratifications individuelles pour former le corps de rotor, on appréciera que les passages de liquide de refroidissement 40 peuvent se bloquer et peuvent donc nécessiter un déblocage et/ou un lavage avant leur utilisation. On appréciera également que les passages 40 peuvent être de forme légèrement irrégulière en raison des ouvertures dans les stratifications individuelles qui ne sont pas correctement alignées. Néanmoins, compte tenu des débits de liquide de refroidissement relativement faibles qui sont envisagés, il est peu probable que l'irrégularité des passages et la perte d'huile qui en découle par frottement soient problématiques. II est envisagé que le rotor décrit et illustré dans les présentes soit utilisé dans une machine électrique à dynamo adaptée à une utilisation dans des applications aérospatiales dans lesquelles le rotor est destiné à tourner à des vitesses comprises entre 10 000 et 20 000 tr/mn. Néanmoins, on 8 appréciera que la machine électrique à dynamo peut également être utilisée dans d'autres applications et à de plus grandes ou plus petites vitesses. Par référence aux figures 5 à 7, un autre mode de réalisation de l'invention est illustré. Dans le présent mode de réalisation, les passages de liquide de refroidissement 40 sont omis et au lieu de cela les passages de décharge 44 s'étendent vers l'ouverture centrale 34 dans laquelle l'arbre de rotor 10 est reçu. L'huile de refroidissement provenant de l'intérieur de distribution d'huile de l'arbre de rotor 10 est capable de s'écouler à travers les jets d'huile 54 vers l'extérieur de celui-ci d'où elle peut entrer dans les passages de décharge 44 et s'écouler vers les espaces associés 42. Comme avec le mode de réalisation précédemment décrit, l'huile de refroidissement peut ensuite entrer dans les petites cavités entre les conducteurs des bobinages 18 et s'écouler vers les extrémités du rotor, ce qui sert à refroidir les bobinages 18. Clairement, l'omission des passages de liquide de refroidissement 40 simplifie l'estampage des stratifications, et également les plaques d'extrémité spécifiquement conçues pour fournir le liquide de refroidissement aux passages 40 peuvent être omises. Bien que, potentiellement, les passages de décharge 44 puissent être formés par perçage, il est envisagé d'incorporer, à une partie le long du corps de rotor 12, une plaque de stratification 60 en acier, dont l'une ou les deux surfaces de côté 62 sont munies de gorges 64 qui sont fermées, dans le corps de rotor 12 assemblé, par les stratifications adjacentes pour définir les passages de décharge 44. La plaque 60 comprend un renfoncement annulaire 66 adjacent à l'ouverture centrale 34 de celle-ci qui définit, avec la stratification adjacente et l'arbre de rotor 10, une chambre annulaire dans laquelle le liquide de refroidissement est fourni à travers les jets d'huile 54. Une courte fente 68 est fournie à la sortie de chaque jet d'huile 54 pour prendre en charge les tolérances de positionnement de la plaque 60. La plaque 60 sert non seulement à fournir les passages cle décharge 44 mais elle peut également être avantageuse en ce qu'elle peut fournir un support amélioré pour les coins 20 et d'autres composants qui s'étendent 9 longitudinalement du corps de rotor et qui améliorent ainsi l'intégrité structurelle de celui-ci. On appréciera que la forme, la taille et les profils en coupe transversale des gorges 64 peuvent être choisis en fonction de l'application 5 et du débit souhaité de liquide de refroidissement. Un éventail de modifications et d'altérations peuvent être apportées à l'agencement susmentionné sans sortir du périmètre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Rotor pour une machine électrique à dynamo, le rotor comprenant un corps de rotor (12) définissant une pluralité de pôles (16) autour desquels des bobinages (18) sont fournis, des pôles (16) adjacents définissant un espace (42) entre eux, et un agencement de coins (20) couvrant l'espace entre les pôles (16) adjacents et servant à fixer les bobinages (18) en position, et un passage de décharge (44) pour fournir le liquide de refroidissement audit espace (42). 2. Rotor selon la revendication 1, dans lequel l'agencement de coins (20) sert à dévier le liquide de refroidissement dudit espace (42) dans les bobinages (18). 3. Rotor selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le liquide de refroidissement est de l'huile. 4. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le corps de rotor (12) est de forme stratifiée. 5. Rotor selon la revendication 4, dans lequel le passage de décharge (44) 20 est défini par une gorge (14) formée dans une surface d'une plaque située à l'intérieur du corps de rotor (12). 6. Rotor selon la revendication 5, dans lequel la gorge (44) s'étend d'une ouverture centrale de la plaque vers la périphérie extérieure de celle-ci. 7. Rotor selon la revendication 5 ou 6, dans lequel la gorge (44) s'étend radialement. 8. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le 30 corps de rotor (12) incorpore un passage de liquide de refroidissement qui 25 11 s'étend sensiblement en parallèle à l'axe du corps adjacent audit espace (42), le passage de décharge (44) communiquant avec le passage de liquide de refroidissement pour fournir du liquide de refroidissement du passage de liquide de refroidissement audit espace (42). 9. Rotor selon la revendication 8, dans lequel le corps de rotor (12) est de forme stratifiée, et le passage de liquide de refroidissement est défini par des ouvertures alignées estampées dans les éléments individuels de stratification. 10 10. Rotor selon la revendication 8 ou 9, dans lequel une extrémité du passage de liquide de refroidissement est fermée par une plaque d'extrémité (46), l'autre extrémité étant fermée par une plaque de distribution (48) formée avec des gorges (14) définissant des passages pour permettre la distribution 15 du liquide de refroidissement vers le passage de liquide de refroidissement. 11. Rotor selon la revendication 10, comprenant en outre un anneau situé dans la plaque d'extrémité (46) pour assurer une quantité minimale d'écoulement d'huile pour distribuer l'huile symétriquement à tous les pôles 20 (16) du rotor. 12. Rotor selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, dans lequel le rotor contient plusieurs dits espaces (42), et chaque dit espace (42) a un passage de liquide de refroidissement et un passage de décharge (44) qui lui 25 sont associés. 13. Machine électrique à dynamo comprenant un stator (12) et un rotor (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes et supporté pour la rotation par rapport au stator. 30