Brevet FR2981221A1 — publié le 20130412

La présente invention a pour objet un rotor pour machine électrique tournante, et une machine comportant un tel rotor. La présente invention s'applique plus particulièrement mais non exclusivement au refroidissement du rotor des machines électriques tournantes ouvertes, monophasées- ou 5 polyphasées, ayant une vitesse de rotation comprise par exemple entre 0 et 10000 tours par minute, et une puissance par exemple comprise entre 0,1 et 25 MW. On désigne par « machine électrique tournante ouverte » une machine refroidie par une circulation d'air prélevé à l'extérieur de la machine. Pour assurer le refroidissement d'un rotor, il est connu d'aménager des canaux 10 de refroidissement dans le rotor, Il est notamment connu de réaliser un canal à proximité du fond de l'espace intetpolaire. Le document GB 2 425 662 enseigne de réaliser une cavité dans la tôle au fond des espaces interpolaires. 1.5 En outre, le brevet US 7 598 635 enseigne de réaliser des tôles dans lesquelles un canal est ménagé à proximité du fond de l'espace interpolaire, ce canal permettant le passage d'un fluide réfrigérant pour le refroidissement du rotor. existe un besoin pour améliorer encore le refroidissement d'un rotor de machine électrique tournante, 20 L'invention vise à. répondre à ce besoin et elle y parvient, selon l'un de ses aspects, grâce à un rotor pour machine électrique tournante, s'étendant selon un axe longitudinal, comportant : im assemblage de tôles magnétiques formant des pôles saillants, deux pôles saillants définissant entre eux une région interpolaire, et 25 au moins deux canaux internes de refroidissement formés dans l'assemblage de tôles magnétiques dans au moins une région interpolaire, mieux chaque région interpolaire. L'invention permet d'améliorer les performances thermiques de la machine et de diminuer les échauffemens des bobinages rotoriques pour un volume de cuivre donné. 30 La présence de plusieurs canaux internes permet d'accroître la surface d'échange thermique et d'améliorer significativement les coefficients d'échange thermique. Par « canal interne » on désigne un canal de contour fermé. L'invention permet également une diminution de la température maximale des conducteurs électriques et des isolants pour un volume de cuivre donné, ce qui accroit la fiabilité, et une diminution du coût global de la machine, grâce à la diminution de la 5 quantité de matière active à états thermiques identiques par rapport à une machine connue. Dans la suite, le fluide de refroidissement est de préférence l'air, mais l'invention n'est pas limitée à l'air comme fluide de refroidissement. Le rotor permet une circulation du fluide de refroidissement le long des canaux. 10 Selon le refroidissement désiré du rotor, chaque région interpolaire est parcourue par un nombre plus ou moins grand de canaux de refroidissement internes, par exemple entre 3 et 15 canaux. Les différents canaux de refroidissement peuvent être définis entre des ailettes ménagées dans chaque région interpolaire. 15 Les ailettes peuvent s'étendre sur tout ou partie de la longueur du rotor. En particulier, les ailettes peuvent être interrompues et la région interpolaire présente alors une forme dentelée. Les échanges convectifs sont accrus du fait de l'augmentation du coefficient d'échange thermique moyen. Cette forme dentelée peut être astucieusement obtenue en empilant des tôles identiques selon des paquets disposés en quinconce, en 20 alternant les faces recto et verso des paquets. Les ailettes peuvent être disposées de diverses façons au sein des régions interpolaires. Les canaux de refroidissement peuvent parcourir toute la longueur du rotor. Les canaux de refroidissement peuvent parcourir de façon continue ou non le rotor selon l'axe longitudinal de ce dernier. Lorsque les canaux de refroidissement sont discontinus, les régions interpolaires présentent une forme dentelée définissant des dents. Les canaux de refroidissement sont alors ménagés dans ces dents. Une telle configuration. permet au fluide de refroidissement de subir une alternance de passages à l'intérieur des canaux et de 30 passages dans des zones élargies s'étendant axialement entre les canaux. Cela permet de générer une certaine turbulence favorable aux échanges convectifs. De plus, le fluide de refroidissement peut circuler transversalement entre les dents, Chaque région interpolaire peut présenter une section ajourée, due aux canaux de refroidissement la parcourant, représentant plus de 25 % de sa section totale. Les pôles saillants comportent chacun un corps de pôle et deux épanouissements polaires (encore appelés « cornes polaires » ou « pole shoes »). Au moins un canal de refroidissement peut être ménagé dans les épanouissements polaires des. pôles saillants, afin d'améliorer encore le refroidissement du rotor. On peut ainsi pour chaque pôle obtenir une circulation du fluide de refroidissement au sein des régions interpolaires, et une circulation au sein des épanouissements polaires. Chaque tôle ma. étique peut être monobloc, Toutes les tôles du rotor peuvent 10 être identiques, chaque tôle ayant des pôles saillants ne présentant qu'un seul épanouissement polaire, tous les épanouissements étant dirigés dans le même sens circonférentid., Lors de l'assemblage du rotor, les tôles sont assemblées par paquets. Le rotor peut comporter des tirants de compression axiale de l'assemblage de tôles magnétiques. 15 Le rotor peut comporter, à l'extrémité radialement extérieure des corps de pôle, des logements pour recevoir des amortisseurs. Le rotor peut comporter des fiasques d'extrémité, afin de faciliter l'opération de bobinage et d'ainéliorer la tenue mécanique générale du rotor. L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, une machine 20 électrique tournante comportant un rotor tel que défini ci-dessus. La machine électrique tournante comporte un stator à l'intérieur duquel tourne le rotor. La machine peut comporter un ou plusieurs ventilateurs, entrainés ou non par le rotor pour créer une circulation d'air forcée dans les différents canaux de 25 refroidissement. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, d'exemples non limitatifs de mise en oeuvre de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel - la figure I est une perspective, schématique et partielle, d'un exemple de 30 paquet de tôles magnétiques de rotor selon l'invention, - la figure 2 est une vue de face selon 11 de la figure 1, - la figure 3 est une vue analogue à la figure 1 d'un autre exemple de paquet de tôles magnétiques de rotor selon l'invention, et - la figure 4 représente isolément et partiellement un pôle saillant et une région interpolaire selon un exemple de mise en oeuvre de l'invention. On a représenté à la figure I un premier exemple de masse magnétique de rotor I qui s'étend selon un axe longitudinal X et comporte un assemblage de tôles magnétiques 2 formant des pôles saillants 3, au nombre de quatre dans l'exemple illustré, l'invention n'étant toutefois pas limitée à une polarité particulière. Comme on peut le voir . sur la figure 1, chaque pôle 3 comporte un corps de 10 pôle 3b, qui s'étend selon un axe médian Y, et deux épanouissements polaires 3a qui font saillie dans la direction circonférentielle. Deux pôles voisins 3 définissent entre eux une région interpolaire E. Des conducteurs Mec-triques sont bobinés autour de chaque pôle 3 et définissent des enroulements, non représentés. 15 Chaque tôle est de préférence monobloc, étant découpée dans un même feuillard magnétique. Le rotor I peut comporter des tirants, non représentés, de maintien de l'assemblage de tôles magnétiques 2, traversant la masse rotorique à la faveur des lumières 11 situées sur les pôles 3. 20 Un logement- central 8, muni d'un moyen d'antirotatiôn 9, est ménagé dans le paquet tour recevoir un arbre, non représenté. La masse magnétique du rotor 1 peut également comporter, comme illustré, des logements 10 pour recevoir des amortisseurs non représentés. Conformément à l'invention, au moins deux canaux internes de refroidissement 25 5 parcourent a.xialement chaque région interpolaire E, par exemple sept canaux, comme illustré aux figures 1 et 2. Des ailettes 4 disposées dans les régions int= polaires E séparent les différents canaux de refroidissement 5. Les canaux de refroidissement 5 sont par exemple réalisés dans une extension 30 18 en forme d'angle droit, à côtés parallèles aux faces 19 en regard des épanouissements polaires 3a. Dans l'exemple des ligures 1 et 2, les canaux de refroidissement 5 parcourent toute la longueur L du rotor 1, de façon continue, sans interruption. La masse magnétique peut être formée par l'empilage de tôles magnétiques identiques, un canal additionnel 7 de refroidissement pouvant être formé par découpe de la 5 tôle au sein des épanouissements polaires 3a. Plusieurs canaux additionnels 7 peuvent être ménagés au sein des épanouissements polaires 3a. Dans la variante illustrée à la figure 3, les régions interpolaires E présentent chacune une forme dentelée définissant des dents 6, au nombre de cinq par région interpolaire E dans l'exemple décrit, l'invention n'étant toutefois pas limitée à un nombre 10 de dents particulier. Les canaux de refroidissement 5 sont ménagés dans les dents 6, et l'intervalle 20 entre les dents 6 définit un passage de section élargie pour- le fluide de refroidissement. La dimension axiale La selon l'axe X d'une dent 6 est par exemple égale à la dimension Le de l'intervalle 20 entre deux dents 6. 15 Les régions interpolaires E sont avantageusement dépourvues de dents à une de leurs extrémités axiales, par exemple l'extrémité 15, comme représenté à la figure 3. Chaque région interpolaire E présente une section totale st, représentée hachurée à la figure 4, et une section ajourée sa, définie par les canaux de refroidissement 5 parcourant la région interpolaire E. La section ajourée sa représente de préférence plus de 20 25 % de la. section totale st de la région interpolaire E. Les canaux 5 peuvent présenter des sections différentes au sein d'une même région interpolaire E. Pour obtenir la configuration illustrée à la figure 3, où les canaux interpolaires sont discontinus, on peut utiliser des tôles magnétiques identiques qui sont assemblées par 25 paquets d'épaisseur La et disposés en quinconce, avec dans l'exemple à quatre pôles illustré un retournement des paquets pour faire alterner les régions avec canaux et celles sans canaux. Le rotor 1 est par exemple intégré à une machine électrique tournante, non représentée, comportant un ventilateur centrifuge. En variante, le ventilateur est un 30 ventilateur à canaux multiples. Dans une autre variante encore, le ventilateur est réalisé en mettant en série un ventilateur centrifuge et un ventilateur axial. L'air aspiré par le ventilateur traverse les canaux de refroidissement 5 présents dans les régions interpolaires E situées entre deux pôles saillants 3 voisins. En outre, l'air peut circuler dans l'entrefer et au travers des canaux 7 ménagés dans les épanouissements polaires 3a des pôles saillants 3. L'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits. On peut par exemple combiner entre elles des caractéristiques décrites en. référence à différents modes de réalisation au sein de variantes non illustrées. Les ailettes 4 peuvent être de toute forme. L'invention peut être mise en oeuvre sur des rotors à épanouissements polaires 10 rapportés. L'invention ne se limite pas à des pôles saillants particuliers. L'expression « comportant un. » doit être comprise comme étant synonyme de « comportant au moins un », sauf si le contraire est spécifié.