Brevet FR3018009A1 — publié le 20150828

La présente invention a pour objet rotor de machine électrique tournante ainsi qu'une machine électrique tournante comportant un tel rotor. On connaît par le brevet EP 0 641 059 un rotor de machine électrique tournante compo t des premiers paquets de tôles flottants et des deuxièmes paquets de tôles assurant la cohésion mécanique du rotor. Des tiges sont introduites à travers les tôles de façon à assurer le maintien de l'ensemble. Le nombre de tôles des deuxièmes paquets est relativement faible par rapport au nombre de tôles des premiers paquets, de sorte que les tiges ne sont pas maintenues par les tôles des deuxièmes paquets sur une grande partie de leur longueur. Une telle machine n'est pas adaptée à tourner à des vitesses élevées. L'invention a pour objet de fournir un rotor de machine électrique tournante qui soit d'une fabrication simple et qui bénéficie d'une tenue mécanique améliorée, notamment à des vitesses de rotation du rotor élevées. L'invention répond à ce besoin, selon premier de ses aspects, grâce à un rotor de machine électrique tournante, comportant : une pluralité de tôles empilées, respectivement de paquets de tôles empilés, chaque tôle, respectivement chaque paquet de tôles, comportant un moyeu et une alternance de parties polaires raccordées au moyeu (i.e. non flottantes) et d'évidements, les tôles, respectivement les paquets de tôles, étant décalés angulairement de telle sorte que : les parties polaires raccordées au moyeu d'une tôle, respectivement d'un paquet de tôles, se superposent aux évidements d'une tôle consécutive, respectivement d'un paquet de tôles consécutif, et les évidements d'une tôle, respectivement d' paquet de tôles, se superposent aux parties polaires raccordées au moyeu de ladite tôle consécutive, respectivement dudit paquet de tôles consécutif, des tiges de maintien engagées à travers les parties polaires, des parties polaires flottantes engagées sur les tiges de maintien et disposées dans les évidements entre les parties polaires raccordées au moyeu d'une tôle, respectivement d'un paquet de tôles, et des aimants permanents disposés entre les parties polaires raccordées au moyeu et les parties polaires flottantes. Selon l'invention, chaque tôle, respectivement chaque T--ct de tôles, comporte des parties polaires non flottantes à travers lesquelles sont engagées les tiges de maintien, de sorte que le nombre de points d'appui des tiges sur les parties polaires non flottantes est considérablement augmenté par rapport à la machine selon le brevet EP 0 641 059, s s laquelle seuls ce . 'ils paquets de tôles fournissent des points d'appui pour les tiges. Ainsi, la cohésion de la machine est améliorée, et la résistance aux forces centrifuges est meilleure. Une fois les tôles assemblées, on trouve sur le rotor une alternance de parties polaires non flottantes réalisées d'une seule pièce avec les tôles et de parties polaires flottantes distinctes desdites tôles. Grâce à l'invention, les tiges peuvent être maintenues régulièrement et solidement par les parties polaires non flottantes, ces parties polaires non flottantes leur servant d'encastrement et favorisant ainsi le maintien des tiges des parties polaires flottantes. Chaque partie polaire, flo . te ou non, peut être formée par une tôle unique. Dans ce cas, le rotor comporte, dans le sens axial, des tôles monoblocs comportant plusieurs parties polaires non flottantes formées avec le moyeu, qui sont alternativement décalées angulairement, des parties polaires flottantes étant disposées dans les espaces laissés vacants entre les parties polaires non flottantes de ces tôles. Toutefois, de préférence, les tôles sont regroupées par paquets. Ainsi, une partie polaire non flottante a une épaisseur correspondant au nombre de tôles superposées. Les parties polaires flottantes sont elles aussi avantageusement formées par des paquets de tôles empilées. Le rotor peut comporter N pôles, par exemple quatre, six, huit, dix, douze, quatorze ou seize pôles. Deux tôles consécutives, définissant les parties polaires non flottantes, respectivement deux paquets de tôles consécutifs, peuvent être décalés angulairement d'un angle égal à 360°/N. Chaque évidement précité peut recevoir une seule p. e polaire flottante. Les aimants peuvent être disposés radialement entre les parties polaires flottantes et non flottantes. Le rotor obtenu peut être un rotor à concentration de flux. Les aimants peuvent avoir une section trapézoïdale, prise perpendiculairement à l'axe de rotation, présentant des bords radiaux convergents lorsque l'on s'éloigne de l'axe 10 du rotor. Une telle section trapézoïdale permet que les aimants soient maintenus sur le rotor par effet de coin entre les parties polaires flot . tes et non flottantes. Chaque aimant peut être réalisé d'une seule pièce ou, en variante, comporter plusieurs morceaux d'aimants disposés successivement axialement et/ou radialement. En variante, les aimants peuvent avoir une section rec gulaire. 15 Les parties polaires flottantes et non flottantes peuvent comporter des becs de retenue configurés pour maintenir les aimants en place contre la force centrifuge induite par la rotation du rotor. L'emploi de morceaux d'aimants disposés successivement dans le sens radial permet de soulager mécaniquement les becs de retenue, des morceaux d'aimants servant de 20 support à d'autres morceaux d'aimants. Chaque évidement formé entre deux parties polaires non flottantes peut contenir au moins partiellement, dans le sens circonférentiel, un premier aimant permanent, une partie polaire flottante et un deuxième aimant permanent, les aimants ayant des pôles de même polarité tournés vers la partie flottante. 25 Les dimensions des évidements, des parties polaires flottantes et des aimants peuvent être telles que les aimants soient reçus sans jeu latéral dans lesdits évidements, une 3 0 1 8009 4 fois les parties polaires montées dans les évidements et avant introduction des tiges de maintien. En variante, les aimants sont reçus avec un jeu latéral dans les évidements, une fois les parties polaires flottantes montées et avant introduction des tiges de maintien, ce 5 jeu étant par exemple supérieur ou égal à 0,2 mm. Chaque paquet de tôles peut comporter entre 10 et 500, no ent entre 50 et150 tôles. Chaque tôle peut comporter des bras radiaux reliant le moyeu aux parties polaires non flottantes, ces dernières étant régulièrement disposées autour du moyeu. Les parties polaires flottantes et non flottantes peuvent être sensiblement de mêmes dimensions. Des ajours peuvent être ménagés entre les parties polaires flottantes et le moyeu. Ces ajours sont de préférence d'étendue angulaire supérieure à l'étendue d'un pôle. Les ajours peuvent être délimités circonférentiellement par les bras reliant les parties 15 polaires non flottantes au moyeu. Les ajours peuvent présenter des bords d'extrémité arrondis, par exemple semi-circulaires, reliés par des arcs concentriques centrés sur l'axe de rotation. L'écart angulaire entre les extrémités circonférentielles d'un ajour est de préférence supérieur à l'écart angulaire entre les extrémités radialement intérieures de deux 20 aimants adjacents. L'intérêt des ajours est de faciliter l'aération u rotor et de réduire les pertes par rebouclage du flux magnétique d'un aimant par le moyeu. Ainsi, l'arbre sur lequel est engagé le moyeu peut être magnétique, ce qui le rend moins couteux qu'un arbre amagnétique. 25 Le quinconçage des tôles, respectivement des paquets de tôles, peut laisser des canaux d'aération axiaux, formés par la superposition des ajours. Les parties polaires flottantes et flottantes peuvent comporter chacune un trou de passage des tiges sensiblement de même forme, de manière à ce que chaque tige de maintien soit alternativement reçue dans t, n t- ou partie polaire flo . te et dans trou d'une partie polaire non flottante. Lorsque les aimants sont reçus dans les évidements formés entre les parties polaires non flottantes avec un jeu latéral, les trous des parties polaires flottantes et des p. - es polaires non flottantes peuvent être légèrement décalés angulairement par rapport à une même direction de référence avant l'introduction des tiges de maintien. Cette introduction provoque l'alignement des trous et l'apparition d'un couple de serrage des aimants permanents entre les parties polaires flo . tes et non flo . tes. Le trou ménagé dans chaque partie polaire non flo . te est par exemple disposé de telle sorte que le rayon passant par le centre dudit trou et le rayon divisant la partie polaire non flottante en deux moitiés définissent premier angle et chaque trou ménagé dans une partie polaire flottante peut être disposé de telle sorte que le rayon passant par le centre dudit trou et le rayon divisant la partie polaire flottante en deux moitiés définissent un deuxième angle, différent du premier angle. La différence entre les premier et deuxième angles peut être suffisante pour que, lorsque les tiges de maintien sont introduites dans les trous, les jeux latéraux s'annulent par glissement angulaire des tôles consécutives, respectivement des paquets de tôles consécutifs. La dispersion des jeux peut être compensée par l'élasticité des tôles et des tiges de maintien. L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, une machine électrique tournante, comportant : rotor tel que défini ci-dessus, et stator interagissant avec le rotor. Le rotor est de préférence configuré pour être utilisé dans une machine électrique tournante à rotor interne mais en variante, peut être utilisé dans une machine électrique tournante à rotor externe. La machine est de préférence une machine à flux d'induction radial. En variante, il peut s'agir d'une machine à flux d'induction axial. La machine peut être moteur ,n générateur, étant par exemple une machine polyphasée, notamment triphasée. La machine est par exemple configurée pour fonctionner à une puissance nominale comprise entre 10 et 2000 kW. 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, ,r lequel : la figure I est une vue semi-éclatée rotor selon un premier exemple de mise en oeuvre de l'invention, - les figures 2 et 3 sont des sections transversales de Iliaaives selon d'autres exemples de mise en oeuvre de l'invention, et la figure 4 représente, de façon schématique, vr,- variante d'aimant permanent. On a représenté à la figure I un rotor 2 d'une machine électrique tournante 1 conforme à un exemple de mise en oeuvre de l'invention. Le rotor 2 de cette machine peut tourner à l'intérieur d'un stator 3 tel représenté sur les figures 2 ou 3, comprenant une carcasse magnétique 4 ayant une pluralité 20 de dents 5. Le stator 3 est de préférence à bobinage sur dents, mais pourrait en variante être à bobinage distribué. Le stator 3 est de préférence triphasé. Bien que la machine 1 soit représentée comme étant une machine à rotor interne, elle pourrait, dans variante -n représentée, être à rotor externe. Le rotor 2 comporte une pluralité de paquets de tôles magnétiques 9 empilés 25 selon l'axe de rotation X du rotor 2, entre deux joues d'extrémité 10 réalisées en matériau non magnétique. Dans une variante non illustrée, ces joues 10 peuvent être remplacées par des croix, notamment à autant de branches que de parties polaires non flottantes, pouvant alors être magnétiques. Des tiges 26 relient les joues 10 en maintenant en compression axiale l'empilement. Comme représenté sur la figure 1, chaque de tôles 9 du rotor comporte un moyeu 11 ménageant un passage pour l'arbre du rotor, non représenté, et une pluralité de parties polaires 13 non flottantes faisant radialement saillie vers l'extérieur depuis le moyeu 11. Dans l'exemple illustré, le rotor comporte huit pôles et chaque paquet de tôles 9 comporte quatre parties polaires 13 réparties uniformément sur le pourtour du moyeu 11. Chaque partie polaire 13 est reliée au moyeul 1 par un bras 14 moins large que la partie polaire 13 correspondante. Dans l'exemple de la figure 2, bras 14 est de largeur constante et présente des bords 20 rectilignes. Dans l'exemple de la figure 3, chaque bras 14 présente des bords 20 concaves, 15 semi-circulaires. Comme on peut le voir sur les figures 1 à 3, chaque partie polaire 13 non flottante peut présenter des bords opposés 12 divergents lorsque l'on s'éloigne de l'axe X du rotor. Deux parties polaires 13 consécutives d'un même paquet de tôles 9 définissent entre elles un évidement 16 qui s'étend dans l'exemple décrit depuis le moyeu 11 jusqu'à 20 l'entrefer E de la machine. Comme on 1, voir sur les figures 1 à 3, des parties polaires flo tes 17 distinctes des paquets de tôles 9 et des aimants permanents 18, sont reçus dans chaque évidement 16. Chaque évidement 16 peut recevoir une partie polaire flottante 17 encadrée par deux aimants 18. Dans l'exemple représenté, les aimants 18 sont disposés radialement, 25 d'aimantation orientée circonférentiellement. Les rotors des exemples des figures 1 à 3 comportent par exemple, comme illustré, quatre pôles Nord et quatre pôles Sud. Les parties polaires flottantes 17 et les aimants 18, lorsqu'ils sont disposés dans les évidements 16, demeurent à distance du moyeu 11, un ajour V s'étendant entre deux bras adjacents 14. Une fois les aimants 18 et les pièces polaires 17 disposés dans les évidements, les bords radialement intérieurs des parties polaires non flo , tes 13, des parties polaires flottantes 17 et des aimants 18 peuvent être situés à une même distance de l'axe X du rotor. Dans les exemples des figures 1 et 2, les aimants présentent une section trapézoïdale, c'est-à-dire que leur largeur, mesurée entre deux bords radiaux 19, diminue lorsque l'on s'éloigne de l'axe X du rotor. Les aimants 18 représentés sur la figure 2 sont réalisés d'une seule pièce mais, dans la variante représentée à la figure 4, plusieurs morceaux d'aimants 18a, 18b et 18e sont successivement disposés radialement, lorsque l'on s'éloigne de l'axe X du rotor. Dans l'exemple de la figure 3, les aimants 18 sont de section rectangulaire et des becs de retenue 22 sont prévus sur les bords en regard des p. es polaires 17 et 13, de façon à maintenir les aimants 18 en place contre la force centrifuge. Le bord radialement extérieur des parties polaires peut être de rayon de courbure inférieur au demi-diamètre du rotor, de façon à réduire les ondulations de couple. Comme représenté sur les figures 1 à 3, les parties polaires 13 et 17 peuvent s'étendre sur une distance angulaire autour de l'axe X sensiblement égale. Chaque partie polaire 13, respectivement 17, peut comporter comme illustré un trou traversant 24, respectivement 25, qui est par exemple de forme circulaire. Ces trous 24 et 25 sont aptes à recevoir des tiges de maintien 26, visibles sur la figure 1. Les trous 24 et 25 peuvent être ménagés dans les parties polaires 13 et 17 de façon à ce qu'ils soient exactement superposés lorsque toutes les tôles du rotor sont 25 assemblées. En variante, comme représenté sur la figure 2, chaque trou 24 peut être disposé de manière à ce que l'angle a formé entre le rayon passant par le centre du trou 24 et le rayon médian divisant la partie polaire 13 correspont . te en deux moitiés soit différent de l'angle p défini entre le rayon passant par le centre du trou 25 et le rayon médian divisant la partie polaire 17 correspondante en deux moitiés. L'angle a peut être nul, contrairement à l'angle p, ou inversement. En variante les angles a et 3 sont tous deux non et présentent des valeurs différentes. On va maintenant décrire la façon dont les paquets de tôles 9 sont assemblés. Chaque paquet de tôle comporte par exemple entre 50 et 150 tôles. Des tôles appartenant à un même paquet de tôles 9 présentent une même orientation, c'est-à-dire que les parties polaires 13 de toutes ces tôles sont superposées et les évidements 16 de ces tôles sont également superposés. Deux paquets de tôles 9 consécutifs sont décalés angulairement de telle sorte que les parties polaires 13 d'un paquet de tôles se superposent aux évidements 16 du paquet de tôles consécutif et que les évidements 16 dudit paquet de tôles se superposent aux évidements 16 du paquet de tôles consécutif. Ainsi, le long d'un pôle, on retrouve une alternance de parties polaires 13 et 17. Dans une variante non illustrée, un paquet de tôles est remplacé par t seule tôle, de sorte que deux tôles consécutives sont décalées angulairement. Dans les exemples des figures 1 à 3, deux paquets de tôles consécutifs sont décalés de 360°/N, N étant le nombre de pôles de la machine. Durant la fabrication, après l'empilement des paquets de tôles, les trous 24 et 25 coïncident exactement sur toute la longueur du rotor. Dans une variante, un jeu latéral entre les bords 19 de chaque aimant permanent 18 et les bords radiaux en regard des parties polaires 13 et 17 peut demeurer lorsque les aimants 18 et les parties polaires flottantes17 sont en place dans les évidements 16. Dans ce cas, les trous 24 et 25 peuvent ne pas être alignés d'un paquet de tôles à l'autre et l'introduction selon l'axe X des tiges 26 peut permettre d'aligner les trous 24 et 25. L'introduction des tiges 26 provoque un glissement angulaire des paquets de tôles, les uns par rapport aux autres, ce qui provoque l'annulation des jeux latéraux entre chaque aimant permanent 18 et les bords radiaux des parties polaires 13 et 17. Chaque aimant permanent 18 peut alors venir au contact avec ces bords radiaux, de façon à induire un serrage des IO aimants 18 entre ces bords radiaux. Les tôles et/ou les tiges 26 sont par exemple agencées pour être suffisamment élastiques pour compenser la dispersion des jeux latéraux. L'invention t'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits. Par exemple, le nombre de pôles de la machine peut être différent. REVENDICATIONS1. Rotor (2) de machine électrique tournante (I), comportant : une pluralité de tôles empilées, respectivement de paquets de tôles (9) empilés, chaque tôle, respectivement chaque paquet de tôles (9), comportant un moyeu (11) et une alternance de parties polaires (13) raccordées au moyeu (11) et non flottantes et d'évidements (16), les tôles, respectivement les paquets de tôles (9), étant décalés angulairement de telle sorte que : les parties polaires non flottantes (13) d'une tôle, respectivement d'un paquet de tôles (9), se superposent aux évidements (16) d'une tôle consécutive, respectivement d'un paquet de tôles (9) consécutif, et les évidements (16) d'une tôle, respectivement d'un paquet de tôles (9), se superposent aux parties polaires (13) de ladite tôle consécutive, respectivement dudit paquet de tôles (9) consécutif, des tiges de maintien (26) engagées à travers les parties polaires non flottantes (13), des parties polaires flo tes (17) engagées sur les tiges de maintien (26) et disposées dans les évidements (16) entre les :' ies polaires non flottantes (13) d'une tôle, respectivement d'un paquet de tôles (9), et des aimants permanents (18) disposés entre les parties polaires non flottantes (13) et les parties polaires flottantes (17). 2. Rotor selon la revendication 1, comportant N pôles, deux tôles (9) consécutives, respectivement deux paquets de tôles consécutifs, étant décalés angulairement d'un angle égal à 360°/N. 3. Rotor selon l'une des revendications précédentes, chaque évidement (16) recevant une seule partie polaire flottante (17). 4. Rotor selon la revendication 3, les aimants (18) étant disposés radialement entre les parties polaires flottantes (17) et non flottantes (13). 5. Rotor selon la revendication 4, les aimants (18) ayant une section trapézoïdale, présentant des bords radiaux (19) convergents lorsque l'on s'éloigne de l'axe 5 (X) du rotor. 6. Rotor selon la revendication 5, chaque aimant (18) comportant plusieurs morceaux (18a, 18b, 18c) d'aimants disposés successivement axial ement et/ou radialement. 7. Rotor selon la revendication 4, les aimants (18) ayant une section 10 rectangulaire. 8. Rotor selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, les parties polaires non flottantes (13) et/ou les p. es polaires flottantes (17) comportant des becs de retenue (22) configurés pour maintenir les aimants (18) en place contre la force centrifuge induite par la rotation du rotor. 9. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, chaque évidement (16) formé entre deux parties polaires (13) non flottantes contenant au moins partiellement, dans le sens circonférentiel un premier aimant permanent (18), une partie polaire flottante (17) et un deuxième aimant permanent (18), les aimants (18) ayant des pôles de même polarité tournés vers la partie non polaire flottante (17). 10. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, chaque paquet de tôles (9) comportant entre 10 et 500 tôles. 11. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, chaque tôle compo t des bras radiaux (14) reliant le moyeu (11) aux parties polaires non flottantes (13), régulièrement disposées autour du moyeu (11). 12. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, les parties polaires non flottantes (13) et les parties polaires flot tes (17) étant sensiblement de même dimension. 13. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, des ajours (V) étant ménagés entre les parties polaires flottantes (17) et le moyeu (11). 14. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, les parties polaires (13) et les pièces polaires (17) comportant au moins un trou (24, 25) de passage 5 des tiges (26), sensiblement de même forme, de manière à ce que chaque tige de maintien (26) soit alternativement reçue dans un trou (24) d'une partie polaire non flottante (13) et dans un trou (25) d'une partie polaire flottante (17). 15. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, les aimants (18) étant reçus avec un jeu latéral dans les évidements (16) une fois les parties polaires 10 flottantes (17) r,---itées dans les évidements et avant introduction des tiges (26) de maintien. 16. Rotor selon les revendications 14 et 15, les trous (24) des parties polaires non flottantes (13) et les trous (25) des parties polaires flottantes (17), étant légèrement décalés angulairement par rapport à une même direction de référence avant l'introduction 15 des tiges (26) de maintien, cette introduction desdites tiges provoquant l'alignement des trous (24) des parties polaires non flo . tes (13) et des trous (25) des parties polaires flottantes (17) de tôles consécutives, respectivement de paquets de tôles (9) consécutifs. 17. Machine électrique tournante (1) comportant - un rotor (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes et, 20 - un stator (3) interagissant avec le rotor (2).