Brevet FR3144442A1 — publié le 20240628

L'invention concerne un rotor (10) pour une machine électrique, en particulier un moteur électrique, ayant un arbre de rotor (12), une pluralité de plaques de rotor (16) disposées sur l'arbre de rotor (12), les plaques de rotor (16) ayant chacune des ouvertures (30) de sorte qu'une pluralité de passages de liquide de refroidissement (24) est formée à travers la totalité des plaques de rotor (16), l'arbre de rotor (12) ayant un canal d'entrée (22) pour admettre un liquide de refroidissement vers les passages de liquide de refroidissement (24) et un canal de sortie (26) pour recevoir le liquide de refroidissement des passages de liquide de refroidissement (24). L'invention concerne également une machine électrique avec un tel rotor et un stator, le stator ayant un trajet de liquide de refroidissement séparé du trajet de liquide de refroidissement s'étendant à travers le rotor (10). Fig. 1 Rotor pour une machine électrique, en particulier pour un moteur électrique L'invention concerne un rotor pour une machine électrique, en particulier pour un moteur électrique du type utilisé pour la conduite de véhicules. Les véhicules peuvent être en particulier des véhicules utilitaires ou des voitures particulières fonctionnant soit entièrement à l'énergie électrique, soit des véhicules hybrides. L'invention concerne également une machine électrique comportant un tel rotor. Il est connu que les machines électriques utilisées pour la propulsion des véhicules doivent être refroidies afin d'éviter que la chaleur résiduelle générée pendant le fonctionnement n'entraîne des températures trop élevées. Il est connu de guider un liquide de refroidissement (par exemple de l'huile) à travers certaines parties des machines électriques de manière à transporter la chaleur perdue vers un échangeur de chaleur externe où elle est évacuée vers l'environnement. De nombreuses conceptions de chemins de refroidissement sont connues dans l'art antérieur. L'objet de l'invention est de fournir un rotor pour une machine électrique dans lequel la chaleur perdue générée dans le rotor peut être dissipée de manière très efficace. Afin de résoudre ce problème, l'invention fournit un rotor avec un arbre de rotor, une pluralité de plaques de rotor disposées sur l'arbre de rotor, les plaques de rotor ayant chacune des ouvertures de sorte qu'une pluralité de passages de liquide de refroidissement est formée à travers la totalité des plaques de rotor, l'arbre de rotor ayant un canal d'entrée pour admettre un liquide de refroidissement vers les passages de liquide de refroidissement et un canal de sortie pour recevoir le liquide de refroidissement des passages de liquide de refroidissement . Ce rotor combine deux avantages. Premièrement, le liquide de refroidissement est guidé à travers les plaques du rotor de sorte que la chaleur peut être évacuée vers le liquide de refroidissement à proximité de l'endroit où la chaleur perdue se produit, à savoir près des aimants reçus dans les plaques du rotor. Deuxièmement, un circuit fermé de liquide de refroidissement s'étendant du canal d'entrée vers le canal de sortie en passant par les passages de liquide de refroidissement est formé. Ce circuit de refroidissement présente des caractéristiques d'écoulement prédéfinies et constantes qui permettent de maintenir un débit de liquide de refroidissement prédéfini. Ceci est un avantage par rapport aux rotors dans lesquels un liquide de refroidissement introduit dans l'arbre du rotor est déchargé librement à l'intérieur d'un boîtier de la machine électrique. Dans une telle conception, les caractéristiques d'écoulement sont affectées par des paramètres variables tels que la pression intérieure du boîtier de la machine électrique, ce qui rend plus difficile le maintien d'un débit de liquide de refroidissement souhaité. De préférence, il est prévu une plaque d'extrémité qui présente des évidements pour relier les passages de liquide de refroidissement au canal d'entrée et au canal de sortie, respectivement. La/les plaque(s) d'extrémité est/sont utilisée(s) pour connecter le canal d'entrée radialement avec les passages de liquide de refroidissement et les passages de liquide de refroidissement radialement avec le canal de sortie, respectivement, ce qui permet d'avoir un passage de liquide de refroidissement qui s'étend axialement à travers toute la pile de plaques de rotor. De préférence, les évidements ont, à leurs extrémités extérieures reliées aux passages de refroidissement, une largeur qui est, dans une direction circonférentielle, plus large que les largeurs des passages de refroidissement. Cette conception permet d'utiliser des plaques d'extrémité comportant des évidements uniformément répartis en combinaison avec des plaques de rotor dans lesquelles la position circonférentielle des passages de refroidissement varie légèrement le long de la pile de plaques de rotor. Dans un mode de réalisation préféré, le canal d'entrée et le canal de sortie comprennent tous deux des alésages s'étendant radialement pour admettre le liquide de refroidissement dans la plaque d'extrémité respective. Les alésages fournissent la section transversale nécessaire pour l'écoulement du liquide de refroidissement tout en n'affectant pas de manière significative la résistance mécanique de l'arbre du rotor. De préférence, la plaque d'extrémité présente une géométrie permettant de définir la position de rotation par rapport à l'arbre du rotor, de manière à faciliter le processus de montage. Les passages de liquide de refroidissement sont de préférence disposés à des intervalles circonférentiels inégaux, de sorte que la position circonférentielle particulière d'une ouverture qui forme le passage de liquide de refroidissement peut être utilisée pour identifier de manière positive la plaque d'extrémité respective et pour s'assurer, lors d'un processus de montage, que les plaques de rotor correctes sont placées dans la position correcte sur l'arbre du rotor. Les ouvertures qui forment les passages du liquide de refroidissement ont de préférence un contour avec au moins une partie droite. Cette partie droite forme une surface sur laquelle un outil de montage peut s'engager pour définir avec précision la position angulaire de la plaque du rotor lorsqu'elle est montée sur l'arbre du rotor. Selon un mode de réalisation préféré, les ouvertures ont une section transversale en forme de goutte avec deux parties droites, de sorte qu'une grande surface de section transversale pour l'écoulement du liquide de refroidissement est combinée avec une géométrie particulièrement appropriée pour le positionnement de la plaque du rotor dans la direction circonférentielle. Selon un mode de réalisation, un joint est prévu entre au moins une des interfaces entre l'arbre du rotor et la plaque d'extrémité, la plaque d'extrémité et la plaque de rotor adjacente, et les plaques de rotor adjacentes. Le joint réduit les fuites du liquide de refroidissement à partir du chemin du liquide de refroidissement afin de garantir un chemin du liquide de refroidissement fermé avec de faibles pertes. De préférence, il est prévu un stator dont le trajet du liquide de refroidissement est séparé du trajet du liquide de refroidissement qui traverse le rotor. La séparation des différents chemins de refroidissement permet de contrôler plus facilement les caractéristiques d'écoulement à travers le chemin de refroidissement respectif. Selon un mode de réalisation, les plaques de rotor ont chacune des découpes de sorte qu'une pluralité de poches d'aimants est formée par un ensemble de plaques de rotor. Les découpes permettent un montage fiable des aimants à l'intérieur de la pile de plaques de rotor. De préférence, les ouvertures qui forment les passages du liquide de refroidissement sont disposées, vues dans une direction circonférentielle, entre des paires adjacentes de découpes. Cela permet de minimiser la distance entre la position des passages du liquide de refroidissement et la position où les aimants sont disposés, de sorte que la chaleur perdue générée dans les plaques du rotor peut être très efficacement dissipée vers le liquide de refroidissement. Selon un mode de réalisation préféré, les extrémités radialement extérieures des ouvertures chevauchent les extrémités radialement intérieures des découpes, minimisant ainsi la distance entre les poches pour les aimants et les passages de refroidissement. L'invention sera décrite en référence à un mode de réalisation illustré dans les dessins ci-joints. Dans les dessins, La montre une coupe transversale schématique d'un rotor selon un mode de réalisation de l'invention, La montre une vue en plan d'une partie d'une plaque de rotor utilisée dans le rotor de la , La montre une coupe transversale schématique du rotor de la le long du plan III-III, La montre une coupe transversale le long du plan IV-IV de la , et La montre une coupe transversale schématique le long du plan V-V de la . Sur la , on voit un rotor 10 utilisé dans une machine électrique telle qu'un moteur électrique. Le moteur peut notamment être utilisé pour entraîner un véhicule tel qu'une voiture ou un camion, le véhicule étant soit entièrement alimenté en énergie électrique, soit un véhicule hybride. Le rotor 10 comprend un arbre de rotor 12, une pile 14 de plaques de rotor 16, et deux plaques d'extrémité 18, 19. La pile 14 de plaques de rotor 16 est maintenue serrée axialement entre les plaques d'extrémité 18, 19. Chaque plaque de rotor 16 comporte une pluralité de découpes 20 qui, avec les découpes des plaques de rotor 16 axialement adjacentes, forment des poches destinées à recevoir des aimants. Les aimants sont des aimants permanents fabriqués à partir de matériaux de terre rare. Il est également possible d'utiliser des aimants en ferrite. D'une manière connue en soi, les aimants sont regroupés en segments, la position angulaire des aimants dans un segment étant légèrement différente de la position angulaire des aimants dans un segment adjacent. Ceci est avantageux en ce qui concerne les ondulations du couple et la réduction du bruit. Le rotor 10 est pourvu d'un chemin de refroidissement qui consiste principalement en un canal d'entrée 22, une pluralité de passages de refroidissement 24 et une pluralité de canaux de sortie 26. Le trajet du liquide de refroidissement est fermé en ce sens que le flux de liquide de refroidissement admis dans le canal d'entrée 22 sort par les canaux de sortie 26. Aucun liquide de refroidissement (à l'exception d'un flux de fuite potentiel très mineur) n'est évacué du rotor 10, à l'exception de la totalité du flux de liquide de refroidissement sortant par les canaux de sortie 26. Le canal d'entrée 22 est formé par un alésage axial qui s'étend à travers la majorité de l'arbre du rotor 12. Comme on peut le voir sur la , le canal d'entrée 22 s'étend d'une extrémité axiale de l'arbre du rotor 12 à travers l'arbre du rotor 12 jusqu'à une position qui est en arrière de l'extrémité de l'extrémité axiale de la pile 14 qui est opposée au côté où le canal d'entrée 22 s'ouvre. En d'autres termes, le canal d'admission 22 est un trou borgne s'étendant approximativement jusqu'à la position axiale où est disposée la plaque d'extrémité gauche 18 de la . Près de l'extrémité axiale du canal d'entrée 22, une pluralité d'alésages 27 s'étendant radialement est prévue dans l'arbre du rotor 12. Les alésages 27 s'ouvrent sur la surface circonférentielle extérieure de l'arbre de rotor 12. La plaque d'extrémité 18 présente une pluralité d'évidements 28 s'étendant radialement sur sa circonférence interne. La position et l'espacement des évidements 28 coïncident approximativement avec la position des alésages radiaux 27. Les évidements 28 ne s'étendent pas sur toute la plaque d'extrémité 18, 19. En d'autres termes, la profondeur de chaque évidement, vu dans une direction axiale, est inférieure à l'épaisseur de la plaque d'extrémité respective 18, 19. Les évidements 28 servent à connecter l'extrémité radialement extérieure des alésages 27 aux passages de refroidissement 24 formés dans la pile 14 de plaques de rotor 16. Les passages de refroidissement 24 sont formés à partir d'une pluralité d'ouvertures 30 formées dans chaque plaque de rotor 16. Chaque ouverture 30 a une section transversale en forme de goutte (voir en particulier la ), le contour de chaque ouverture 30 ayant deux parties droites 32 et une partie incurvée 34. Les parties droites 32 sont prévues pour interagir avec un outil de montage qui définit la position angulaire ou circonférentielle de chaque plaque de rotor 16 sur l'arbre de rotor 12. Afin d'obtenir le léger décalage angulaire des poches pour les aimants sur la pile 14 de plaques de rotor, la position angulaire des ouvertures 30 diffère légèrement entre les différents types de plaques de rotor. Compte tenu de la capacité des ouvertures 30 à former le passage du liquide de refroidissement 24, les ouvertures 30 ont une section transversale relativement grande. En outre, des ouvertures 30 sont disposées entre les découpes 20 adjacentes qui forment les poches destinées à recevoir les aimants, de sorte que la chaleur perdue générée dans cette partie du rotor peut être très efficacement évacuée vers le liquide de refroidissement circulant dans les passages de liquide de refroidissement 24. La distance entre la poche formée par les découpes 20 et le passage de liquide de refroidissement 24 formé par les ouvertures 30 est désignée sur la par la flèche A. La ligne pointillée L montre que l'extrémité radialement extérieure des ouvertures 30 chevauche les extrémités radialement intérieures des découpes 20, ce qui permet de dissiper très efficacement la chaleur résiduelle. Comme on peut le voir sur la et la , la plaque d'extrémité 19 disposée à l'extrémité de la pile 14 de plaques de rotor 16 qui est adjacente à l'extrémité ouverte du canal d'entrée 22, est pourvue d'évidements 28 de manière similaire à la plaque d'extrémité 18 disposée à l'extrémité opposée. A l'emplacement des évidements 28 dans la plaque d'extrémité 19, l'arbre de rotor 12 est pourvu d'une pluralité d'alésages radiaux 36 qui relient les passages de liquide de refroidissement 24 (via les évidements 28) aux canaux de sortie 26. De cette manière, un chemin fermé de liquide de refroidissement est formé par le canal d'entrée 22, les alésages 27, les évidements 28, les passages de liquide de refroidissement 24, les évidements 28, les alésages 36 et les canaux de sortie 26. Comme on peut le voir sur les figures 4 et 5, les évidements 28 sont plus larges que les passages de refroidissement 24. Il est donc possible d'utiliser des plaques d'extrémité standardisées 18, 19 qui ne doivent pas nécessairement correspondre parfaitement, avec leurs évidements 28, à la position circonférentielle des passages de refroidissement 24. Le léger décalage angulaire n'a pas d'incidence négative sur la section disponible pour l'écoulement du liquide de refroidissement. Afin de réduire une fuite de liquide de refroidissement, des joints peuvent être utilisés pour assurer l'étanchéité entre la plaque d'extrémité 18 et un épaulement sur l'arbre de rotor 12, entre la plaque d'extrémité 18 et la plaque de rotor 16 adjacente, entre les plaques de rotor adjacentes, entre la plaque d'extrémité 19 et la plaque de rotor 16 adjacente et entre la plaque d'extrémité 19 et l'arbre de rotor 12. Le numéro de référence 40 est utilisé pour désigner les positions potentielles d'un joint ou d'un matériau d'étanchéité. Rotor (10) pour une machine électrique, en particulier un moteur électrique, comportant un arbre de rotor (12), une pluralité de plaques de rotor (16) disposées sur l'arbre de rotor (12), les plaques de rotor (16) comportant chacune des ouvertures (30) de sorte qu'une pluralité de passages de liquide de refroidissement (24) est formée à travers la totalité des plaques de rotor (16), l'arbre de rotor (12) comportant un canal d'entrée (22) pour admettre un liquide de refroidissement vers les passages de liquide de refroidissement (24) et un canal de sortie (26) pour recevoir le liquide de refroidissement provenant des passages de liquide de refroidissement (24). Rotor (10) selon la revendication 1, dans lequel il est prévu une plaque d'extrémité (18, 19) qui présente des évidements (28) pour relier respectivement les passages de liquide de refroidissement (24) au canal d'entrée (22) et au canal de sortie (26). Rotor (10) selon la revendication 2, dans lequel les évidements (28) ont, à leurs extrémités extérieures reliées aux passages de liquide de refroidissement (24), une largeur qui est, dans une direction circonférentielle, plus large que la largeur des passages de liquide de refroidissement (24). Rotor (10) de la revendication 2 ou de la revendication 3, dans lequel le canal d'entrée (22) et le canal de sortie (26) comprennent tous deux des alésages (27) s'étendant radialement pour admettre un agent de refroidissement dans la plaque d'extrémité respective (18, 19). Rotor (10) de l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel la plaque d'extrémité (18, 19) a une géométrie permettant de définir la position de rotation par rapport à l'arbre de rotor (12). Rotor (10) de l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les passages de refroidissement (24) sont disposés à des intervalles circonférentiels inégaux. Rotor (10) de l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les ouvertures (30) qui forment les passages de refroidissement (24) ont un contour avec au moins une partie droite (32). Rotor (10) de la revendication 7, dans lequel les ouvertures (30) ont une section transversale en forme de goutte avec deux parties droites (32). Le rotor (10) de l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un joint (40) est prévu entre au moins l'un de l'interface entre l'arbre de rotor (12) et la plaque d'extrémité (18, 19), la plaque d'extrémité (18, 19) et la plaque de rotor adjacente (16), et les plaques de rotor adjacentes (16). Le rotor (10) de l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les plaques de rotor (16) ont chacune des découpes (20) de sorte qu'une pluralité de poches magnétiques est formée par un ensemble de plaques de rotor (16). Rotor (10) selon la revendication 10, dans lequel les ouvertures (30) sont disposées, vues dans une direction circonférentielle, entre des paires adjacentes de découpes (20). Le rotor (10) de l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'extrémité radialement extérieure des ouvertures (30) chevauche l'extrémité radialement intérieure des découpes (20). Machine électrique, notamment moteur électrique, comportant un rotor (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes et un stator, le stator comportant un chemin de refroidissement distinct du chemin de refroidissement traversant le rotor (10).