Brevet FR3129043A1 — publié le 20230512

Rotor de moteur électrique Le rotor (10) comprend un arbre (12) mobile en rotation autour d’un axe longitudinal (A), une pluralité de tôles magnétiques (14) agencées autour de l’arbre (12), une pluralité de barres longitudinales (20), au moins une barre longitudinale (20) de la pluralité de barres longitudinales (20) comprenant : au moins une première portion longitudinale (28) réalisée en cuivre ou en un premier alliage de cuivre, et ayant une première limite élastique, la première portion longitudinale (28) s’étendant sur la totalité de la section transversale de la barre longitudinale (20) ; au moins une deuxième portion longitudinale (30) distincte de la première portion longitudinale (28) et réalisée en un deuxième alliage de cuivre, et ayant une deuxième limite élastique supérieure à la première limite élastique, la première portion longitudinale (28) et la deuxième portion longitudinale (30) s’étendant sur la totalité d’une section transversale de la barre longitudinale (20). Figure pour l'abrégé : Figure 1 Rotor de moteur électrique La présente invention concerne un rotor de moteur électrique. On connaît des rotors à cages d’écureuil comprenant à leur périphérie une pluralité de barres longitudinales. Les barres longitudinales sont le siège des courants induits lorsque le rotor fait partie d’un moteur comprenant en outre un stator. Les barres longitudinales sont réunies entre elles de part et d’autre des extrémités longitudinales des barres longitudinales par au moins deux anneaux de court-circuit. DE102017200980A1 décrit un rotor du type précité pour une machine asynchrone, dans lequel les anneaux de court-circuit sont faits d'au moins deux matériaux, avec un premier matériau ayant une conductivité électrique inférieure à celle du second matériau, les deux matériaux étant disposés en couches radiales, afin de réduire les pertes dues à la réaction de l'induit, en particulier en raison des courants de Foucault, ce qui réduit l'échauffement du rotor et augmente ainsi la puissance continue réalisable de la machine asynchrone. L’un des buts de l’invention est de fournir un rotor de moteur électrique dans lequel les performances sont améliorées et les pertes thermiques sont réduites. A cet effet, l’invention a pour objet un rotor de moteur électrique à cage d’écureuil comprenant un arbre mobile en rotation autour d’un axe longitudinal, une pluralité de tôles magnétiques agencées autour de l’arbre, une pluralité de barres longitudinales, dans lequel au moins une barre longitudinale de la pluralité de barres longitudinales comprend : au moins une première portion longitudinale réalisée en cuivre ou en un premier alliage de cuivre, et ayant une première limite élastique, la première portion longitudinale s’étendant sur la totalité de la section transversale de la barre longitudinale ; au moins une deuxième portion longitudinale distincte de la première portion longitudinale et réalisée en un deuxième alliage de cuivre, et ayant une deuxième limite élastique supérieure à la première limite élastique, la première portion longitudinale et la deuxième portion longitudinale s’étendant sur la totalité d’une section transversale de la barre longitudinale. Le rotor de moteur électrique selon l’invention peut comprendre l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes combinaisons techniquement envisageables : l’au moins une barre longitudinale s’étend entre deux extrémités longitudinales, l’au moins une première portion longitudinale de l’au moins une barre longitudinale étant positionnée au centre de la barre longitudinale, et deux deuxièmes portions longitudinales de l’au moins une barre longitudinale étant positionnées aux deux extrémités longitudinales de la barre longitudinale de part et d’autre de la première portion longitudinale ; la première portion longitudinale de la barre s’étend sur au moins 50 % d’une longueur totale de la barre longitudinale ; l’au moins une deuxième portion longitudinale comprend au moins 98 % de CuNi2Si, ou au moins 98 % de CuCrZr ; - au moins une barre longitudinale de la pluralité de barres longitudinales comprend : - au moins une première portion longitudinale réalisée en cuivre ou en un premier alliage de cuivre, et ayant une première limite élastique, la première portion longitudinale s’étendant sur la totalité de la section transversale de la barre longitudinale ; - au moins une deuxième portion longitudinale distincte de la première portion longitudinale et réalisée en un deuxième alliage de cuivre, et ayant une deuxième limite élastique supérieure à la première limite élastique ; et - au moins une troisième portion longitudinale distincte de la première portion longitudinale et de la deuxième portion longitudinale, et réalisée en un troisième alliage de cuivre ayant une troisième limite élastique supérieure à la première limite élastique et à la deuxième limite élastique, la troisième portion longitudinale s’étendant sur la totalité de la section transversale de la barre longitudinale ; - l’au moins une barre longitudinale s’étend entre deux extrémités longitudinales, et dans lequel l’au moins une première portion longitudinale de l’au moins une barre longitudinale est positionnée au centre de la barre longitudinale, deux deuxièmes portions longitudinales de l’au moins une barre longitudinale sont positionnées de part et d’autre de la première portion longitudinale, et deux troisièmes portions longitudinales de l’au moins une barre longitudinale sont positionnées aux deux extrémités longitudinales de la barre longitudinale de sorte que chaque deuxième portion longitudinale est disposée entre une troisième portion longitudinale et la première portion longitudinale ; - le deuxième alliage de cuivre comprend au moins 98 % de CuCrZr et l’au moins un troisième alliage de cuivre comprend au moins 98 % de CuNi2Si ; - l’au moins une première portion longitudinale et l’au moins une deuxième portion longitudinale sont assemblées entre elles par exemple par brasage fort, soudage laser, soudage par friction ou soudage par friction malaxage. L’invention concerne également un moteur électrique comprenant au moins un rotor tel que décrit ci-dessus. L’invention concerne également un véhicule, notamment ferroviaire, comprenant au moins un rotor, ou au moins un moteur électrique tels que décrits ci-dessus. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels : - la représente une vue schématique en coupe d’un rotor de moteur électrique selon un premier mode de réalisation de l’invention ; et - la représente une vue schématique en coupe d’un rotor de moteur électrique selon un deuxième mode de réalisation de l’invention. Sur la , on a représenté un rotor de moteur électrique 10 selon un premier mode de réalisation de l’invention. Le rotor 10 est un rotor à cage d’écureuil. Le rotor 10 comprend un arbre d’entraînement 12. L’arbre d’entraînement 12 est mobile autour d’un axe longitudinal A. Le rotor 10 comprend une pluralité de tôles magnétiques 14 agencées autour de l’arbre 12. Par exemple, les tôles magnétiques 14 sont frettées sur l’arbre 12. Le rotor 10 comprend deux plateaux de serrage 16 placés de part et d’autre des tôles magnétiques 14 transversalement à l’arbre 12. Chaque plateau de serrage 16 maintient axialement les tôles magnétiques 14 en place autour de l’arbre 12. Par exemple, les deux plateaux de serrage 16 sont frettés sur l’arbre 12. Le rotor 10 comprend à sa périphérie une pluralité de barres longitudinales 20. Avantageusement, les barres longitudinales 20 sont sensiblement parallèles à l’axe longitudinal A. En variante, les barres longitudinales 20 sont parallèles entre elles et forment un angle compris entre 0° et 30 °avec l’axe longitudinal A. Les barres longitudinales 20 sont le siège des courants induits. Chaque barre longitudinale 20 s’étend entre deux extrémités longitudinales 22, 24. Les barres longitudinales 20 sont par exemple enfilées dans des encoches ménagées dans les tôles magnétiques 14. Le nombre de barres longitudinales 20 est variable en fonction des caractéristiques électrotechnique souhaitées. Les barres longitudinales 20 sont réunies entre elles de part et d’autre des extrémités longitudinales 22, 24 des barres longitudinales 20 par au moins deux anneaux de court-circuit 26. Les anneaux de court-circuit 26 sont par exemple brasés au moyen d’un brasage fort à chaque extrémité longitudinale des barres longitudinales 20. Les anneaux de court-circuit 26 sont par exemple réalisés en cuivre ou en alliage de cuivre. Au moins une barre longitudinale 20 de la pluralité de barres longitudinales 20 comprend au moins une première portion longitudinale 28 réalisée en cuivre ou en un premier alliage de cuivre, et ayant une première limite élastique. La limite élastique correspond à la contrainte à partir de laquelle un matériau commence à se déformer plastiquement. La première limite élastique est par exemple comprise entre 75 MPa et 350 MPa après brasage, et comprise entre 200 MPa et 400 MPa brut avant brasage. La première portion longitudinale 28 s’étend sur la totalité de la section transversale de la barre longitudinale 20. La première portion longitudinale 28 est ainsi dépourvue de couches radiales réalisées en des matériaux distincts. Lorsque la première portion longitudinale 28 est réalisée en cuivre, la première portion longitudinale 28 de l’au moins une barre longitudinale 20 comprend au moins 98% de cuivre. Lorsque la première portion longitudinale 28 est réalisée en un alliage de cuivre, la première portion longitudinale 28 comprend par exemple au moins 98 % ou au moins 98 % de CuCrZr. Le premier alliage de cuivre présente une première résistivité électrique. La première résistivité électrique est par exemple comprise entre 15.10 -9 Ω.m et 25.10 -9 Ω.m. L’au moins une barre longitudinale 20 comprend au moins une deuxième portion longitudinale 30 distincte de la première portion longitudinale 28 et réalisée en un deuxième alliage de cuivre ayant une deuxième limite élastique supérieure à la première limite élastique. La deuxième limite élastique est par exemple comprise entre 350 MPa et 700 MPa après brasage, et comprise entre 400 MPa et 1000 MPa brut avant brasage. Le deuxième alliage de cuivre présente une deuxième résistivité électrique. La deuxième résistivité électrique est par exemple comprise entre 20.10 -9 Ω.m et 30.10 -9 Ω.m. La deuxième portion longitudinale 30 de la barre longitudinale 20 comprend par exemple au moins 98 % de CuNi2Si, ou au moins 98 % de CuCrZr. La deuxième portion longitudinale 30 s’étend sur la totalité de la section transversale de la barre longitudinale 20. La deuxième portion longitudinale 30 est ainsi dépourvue de couches radiales réalisées en des matériaux distincts. Selon le premier mode de réalisation représenté sur la , l’au moins une première portion longitudinale 28 de l’au moins une barre longitudinale 20 est positionnée au centre de la barre longitudinale 20. En particulier, l’au moins une première portion longitudinale 28 s’étend sur au moins 50 % d’une longueur totale de la barre longitudinale 20. Deux deuxièmes portions longitudinales 30 de l’au moins une barre longitudinale 20 sont positionnées aux deux extrémités longitudinales 22, 24 de la barre longitudinale 20 de part et d’autre de la première portion longitudinale 28. De préférence, les deux deuxièmes portions longitudinales 30 sont symétriques par rapport à un plan P divisant le rotor 10 en deux moitiés longitudinales. Selon un exemple particulier, la première portion longitudinale 28 est réalisée en cuivre, et la deuxième portion longitudinale 30 est réalisée en CuCrZr ou en CuNi2Si. Avantageusement, chaque barre longitudinale 20 de la pluralité de barres longitudinales 20 comprend au moins une première portion longitudinale 28 réalisée en cuivre ou en un premier alliage de cuivre ayant une première limite élastique, et au moins une deuxième portion longitudinale 30 distincte de la première portion longitudinale 28 réalisée en un deuxième alliage de cuivre ayant une deuxième limite élastique supérieure à la première limite élastique. Un tel agencement de l’au moins une barre longitudinale 20 en améliore les performances mécaniques en périphérie du rotor 10 où les contraintes sont les plus importantes, tout en maintenant des performances électriques efficaces au cœur du rotor 10 où elles sont nécessaires. Selon un deuxième mode de réalisation représenté sur la , l’au moins une barre longitudinale 20 de la pluralité de barres longitudinales 20 comprend en outre au moins une troisième portion longitudinale 32 distincte de la première portion longitudinale 28 et de la deuxième portion longitudinale 30, et réalisée en un troisième alliage de cuivre ayant une troisième limite élastique supérieure à la première limite élastique et à la deuxième limite élastique. La troisième limite élastique est par exemple comprise entre 500 MPa et 1000 MPa après brasage, et comprise entre 800 MPa et 1300 MPa brut avant brasage. La troisième portion longitudinale 32 s’étend sur la totalité de la section transversale de la barre longitudinale 20. La troisième portion longitudinale 32 est ainsi dépourvue de couches radiales réalisées en des matériaux distincts. Le troisième alliage de cuivre présente une troisième résistivité électrique. La troisième résistivité électrique est par exemple comprise entre 20.10 -9 Ω.m et 40.10 -9 Ω.m. En particulier, le troisième alliage de cuivre comprend au moins 98 % de CuNi2Si, ou au moins 98 % de CuCrZr. Selon le deuxième mode de réalisation, l’au moins une première portion longitudinale 28 de l’au moins une barre longitudinale 20 est positionnée au centre de la barre longitudinale 20. En particulier, l’au moins une première portion longitudinale 28 s’étend sur au moins 50 % d’une longueur totale de la barre longitudinale 20. Deux deuxièmes portions longitudinales 30 de l’au moins une barre longitudinale 20 sont positionnées de part et d’autre de la première portion longitudinale 28. De préférence, les deux deuxièmes portions longitudinales 30 sont symétriques par rapport à un plan P divisant le rotor en deux moitiés longitudinales. Deux troisièmes portions longitudinales 32 de l’au moins une barre longitudinale 20 sont positionnées aux deux extrémités longitudinales 22, 24 de la barre longitudinale 20 de sorte que chaque deuxième portion longitudinale 30 est disposée entre une troisième portion longitudinale 32 et la première portion longitudinale 28. Selon un exemple particulier, la première portion longitudinale 28 est réalisée en cuivre, la deuxième portion longitudinale 30 est réalisée en CuCrZr et la troisième portion longitudinale 32 est réalisée en CuNi2Si. Une telle déclinaison de trois matériaux différents, incluant du cuivre ou un alliage de cuivre, dans une barre longitudinale permet d’optimiser les caractéristiques des matériaux utilisés à la sollicitation mécanique de chacune des portions longitudinales. Notamment, plus une portion de la barre est proche d’une de ses extrémités, plus la sollicitation mécanique est forte. Avantageusement, selon le deuxième mode de réalisation, chaque barre longitudinale 20 de la pluralité de barres longitudinales 20 comprend au moins une première portion longitudinale 28 réalisée en cuivre ou en un premier alliage de cuivre ayant une première limite élastique, au moins une deuxième portion longitudinale 30 distincte de la première portion longitudinale 28 réalisée en un deuxième alliage de cuivre ayant une deuxième limite élastique supérieure à la première limite élastique, et au moins une troisième portion longitudinale 32 distincte de la première portion longitudinale 28 et de la deuxième portion longitudinale 30, et réalisée en un troisième alliage de cuivre ayant une troisième limite élastique supérieure à la première limite élastique et à la deuxième limite élastique. Selon d’autres variantes non représentées, l’au moins une barre longitudinale 20 de la pluralité de barres longitudinales 20 comprend un nombre différent de portions longitudinales réalisées en alliage de cuivre, les portions en alliage de cuivre présentant une limite élastique la plus élevée étant disposées le plus aux extrémités, la portion en alliage de cuivre présentant une limite élastique la moins élevée étant disposée au centre de l’au moins une barre longitudinale 20, et les autres portions étant classées selon leur limite élastique, de la plus élevée à la plus faible, des extrémités vers le centre. Dans le premier et le deuxième mode de réalisation, l’au moins une première portion longitudinale 28, l’au moins une deuxième portion longitudinales 30 et éventuellement l’au moins une troisième portion longitudinales 32 sont assemblées entre elles par exemple par brasage fort, soudage laser, soudage par friction ou soudage par friction malaxage. Le rotor 10 est adapté pour un moteur asynchrone. Par exemple, le rotor 10 est utilisé dans le moteur électrique d’un véhicule, notamment ferroviaire. En variante, le rotor 10 est par exemple utilisé dans un moteur automobile, un moteur industriel, ou tout autre moteur adapté. Rotor (10) de moteur électrique à cage d’écureuil comprenant un arbre (12) mobile en rotation autour d’un axe longitudinal (A), une pluralité de tôles magnétiques (14) agencées autour de l’arbre (12), une pluralité de barres longitudinales (20), dans lequel au moins une barre longitudinale (20) de la pluralité de barres longitudinales (20) comprend : au moins une première portion longitudinale (28) réalisée en cuivre ou en un premier alliage de cuivre, et ayant une première limite élastique, la première portion longitudinale (28) s’étendant sur la totalité de la section transversale de la barre longitudinale (20) ; au moins une deuxième portion longitudinale (30) distincte de la première portion longitudinale (28) et réalisée en un deuxième alliage de cuivre, et ayant une deuxième limite élastique supérieure à la première limite élastique, la première portion longitudinale (28) et la deuxième portion longitudinale (30) s’étendant sur la totalité d’une section transversale de la barre longitudinale (20). Rotor (10) selon la revendication 1, dans lequel l’au moins une barre longitudinale (20) s’étend entre deux extrémités longitudinales (22, 24), l’au moins une première portion longitudinale (28) de l’au moins une barre longitudinale (20) étant positionnée au centre de la barre longitudinale (20), et deux deuxièmes portions longitudinales (30) de l’au moins une barre longitudinale (20) étant positionnées aux deux extrémités longitudinales (22, 24) de la barre longitudinale (20) de part et d’autre de la première portion longitudinale (28). Rotor (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la première portion longitudinale (28) de la barre s’étend sur au moins 50 % d’une longueur totale de la barre longitudinale (20). Rotor (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’au moins une deuxième portion longitudinale (30) comprend au moins 98 % de CuNi2Si, ou au moins 98 % de CuCrZr. Rotor (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel au moins une barre longitudinale (20) de la pluralité de barres longitudinales (20) comprend : - au moins une première portion longitudinale (28) réalisée en cuivre ou en un premier alliage de cuivre, et ayant une première limite élastique, la première portion longitudinale (28) s’étendant sur la totalité de la section transversale de la barre longitudinale (20) ; - au moins une deuxième portion longitudinale (30) distincte de la première portion longitudinale (28) et réalisée en un deuxième alliage de cuivre, et ayant une deuxième limite élastique supérieure à la première limite élastique ; et - au moins une troisième portion longitudinale (32) distincte de la première portion longitudinale (28) et de la deuxième portion longitudinale (30), et réalisée en un troisième alliage de cuivre ayant une troisième limite élastique supérieure à la première limite élastique et à la deuxième limite élastique, la troisième portion longitudinale (32) s’étendant sur la totalité de la section transversale de la barre longitudinale (20). Rotor (10) selon la revendication 5, dans lequel l’au moins une barre longitudinale (20) s’étend entre deux extrémités longitudinales (22, 24), et dans lequel l’au moins une première portion longitudinale (28) de l’au moins une barre longitudinale (20) est positionnée au centre de la barre longitudinale (20), deux deuxièmes portions longitudinales (30) de l’au moins une barre longitudinale (20) sont positionnées de part et d’autre de la première portion longitudinale (28), et deux troisièmes portions longitudinales (32) de l’au moins une barre longitudinale (20) sont positionnées aux deux extrémités longitudinales (22, 24) de la barre longitudinale (20) de sorte que chaque deuxième portion longitudinale (30) est disposée entre une troisième portion longitudinale (32) et la première portion longitudinale (28). Rotor (10) selon la revendication 5 ou 6, dans lequel le deuxième alliage de cuivre comprend au moins 98 % de CuCrZr et l’au moins un troisième alliage de cuivre comprend au moins 98 % de CuNi2Si. Rotor (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l’au moins une première portion longitudinale (28) et l’au moins une deuxième portion longitudinale (30) sont assemblées entre elles par exemple par brasage fort, soudage laser, soudage par friction ou soudage par friction malaxage. Moteur électrique comprenant au moins un rotor (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8. Véhicule, notamment ferroviaire, comprenant au moins un rotor (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, ou au moins un moteur électrique selon la revendication 9.