Brevet FR3144440A1 — publié le 20240628

L'invention propose un rotor (10) pour une machine électrique, en particulier pour un moteur électrique, le rotor (10) présentant un arbre de rotor (12) et une pluralité de plaques de rotor (16) montées sur l'arbre de rotor (12), les plaques de rotor (16) présentant des évidements (30) qui forment des canaux de liquide de refroidissement (24) s'étendant en direction axiale à travers la pile formée par les plaques de rotor (16), l'arbre de rotor (12) présentant une ouverture axiale de liquide de refroidissement (22), une pluralité d'ouvertures radiales de liquide de refroidissement (27 ; 36) qui relient l'ouverture de refroidissement axiale (22) dans l'arbre de rotor (12) aux canaux de refroidissement (24) dans la pile de plaques de rotor (16), le rotor (10) ayant en outre une plaque d'extrémité (18 ; 19, 50 ; 64) qui forme une extrémité radiale pour les ouvertures de refroidissement radiales (27). 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 trajets de liquide de refroidissement sont connues dans l'art antérieur. L'objet de l'invention est de fournir un rotor pour une machine électrique dans lequel le trajet du liquide de refroidissement peut être formé de manière simple. Afin de résoudre cet objet, l'invention propose un rotor pour une machine électrique, en particulier pour un moteur électrique, le rotor ayant un arbre de rotor et une pluralité de plaques de rotor montées sur l'arbre de rotor, les plaques de rotor ayant des découpes qui forment des canaux de refroidissement s'étendant dans une direction axiale à travers l'empilement formé par les plaques de rotor, l'arbre du rotor ayant une ouverture de refroidissement axiale, une pluralité d'ouvertures de refroidissement radiales étant prévues qui relient l'ouverture de refroidissement axiale dans l'arbre du rotor aux canaux de refroidissement dans la pile de plaques de rotor, le rotor ayant en outre au moins une plaque d'extrémité qui forme une extrémité radiale pour les ouvertures de refroidissement radiales. Les plaques d'extrémité du rotor sont généralement d'une épaisseur suffisante pour des raisons mécaniques, notamment pour comprimer les plaques de rotor montées dans l'arbre du rotor. Le volume des plaques d'extrémité peut être utilisé pour prolonger ou terminer un trajet du liquide de refroidissement formé dans l'arbre du rotor. Aucun élément mécanique supplémentaire n'est nécessaire à cette fin. En outre, la plaque d'extrémité peut être facilement usinée pour avoir la configuration requise. De préférence, la plaque d'extrémité a une surface de contact pleine pour venir en butée contre la pile de plaques de rotor de sorte que la totalité des plaques de rotor est uniformément soutenue ou comprimée dans une direction axiale. Dans un mode de réalisation, l'arbre de rotor a une partie d'extrémité radialement élargie formant un épaulement sur lequel la pile de plaques de rotor vient en butée dans une direction axiale, les ouvertures radiales de refroidissement s'étendant à travers la partie d'extrémité vers une circonférence extérieure de celle-ci. La partie d'extrémité élargie permet d'absorber directement les charges axiales au niveau de la partie radialement intérieure des plaques de rotor et offre un espace suffisant pour loger les ouvertures radiales de refroidissement. Pour des raisons de facilité de fabrication, la partie d'extrémité comporte de préférence au moins une ouverture de raccordement pour relier les canaux de refroidissement formés dans la pile de plaques de rotor aux ouvertures radiales de refroidissement de la partie d'extrémité. L'ouverture de connexion peut être générée facilement par usinage de manière à former une rainure annulaire dans la partie d'extrémité sur le côté faisant face à la pile de plaques de rotor. Afin de préserver une plus grande surface de support au niveau de la partie d'extrémité élargie, l'ouverture de connexion peut être formée par une pluralité d'ouvertures s'étendant axialement qui relient les canaux de refroidissement dans la pile de plaques de rotor aux ouvertures de refroidissement radiales. Dans un mode de réalisation, la plaque d'extrémité présente une rainure annulaire à son extrémité radialement intérieure, sur le côté faisant face à la pile de plaques de rotor, permettant d'usiner la plaque d'extrémité par rotation. Dans un autre mode de réalisation, la plaque d'extrémité comporte une pluralité d'évidements radiaux à son extrémité radialement intérieure sur le côté faisant face à la pile de plaques de rotor, ce qui permet de maintenir une plus grande résistance aux charges de flexion par rapport à un mode de réalisation qui utilise une rainure annulaire. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'arbre du rotor a une partie d'extrémité élargie radialement qui forme un épaulement sur lequel la plaque d'extrémité vient en butée dans une direction axiale, les ouvertures radiales de refroidissement étant formées axialement vers l'intérieur à partir de la partie d'extrémité. Cette conception est avantageuse dans la mesure où seules de courtes ouvertures pour le liquide de refroidissement sont nécessaires dans l'arbre du rotor, la déviation du trajet du liquide de refroidissement vers les plaques du rotor étant réalisée par la plaque d'extrémité. Pour obtenir la compression axiale souhaitée des plaques de rotor et pour garantir qu'un trajet de réfrigérant formé dans une direction axiale à travers la pile de plaques de rotor est essentiellement sans fuite, un élément de serrage est disposé sur l'arbre du rotor pour serrer axialement la pile de plaques de rotor, en particulier un écrou de serrage. L'invention sera décrite en référence à des modes de réalisation illustrés dans les dessins ci-joints. Dans les dessins, montre une coupe transversale schématique d'un rotor selon un premier mode de réalisation de l'invention, montre une vue en plan d'une partie d'une plaque de rotor utilisée dans le rotor de la , montre une coupe transversale schématique du rotor de la le long du plan III-III, montre une coupe transversale le long du plan IV-IV de la , montre une coupe transversale schématique le long du plan V-V de la , illustre de manière schématique un deuxième mode de réalisation de l'invention, montre schématiquement une vue de dessus d'une plaque d'extrémité d'une variante du deuxième mode de réalisation, illustre schématiquement un troisième mode de réalisation de l'invention. montre schématiquement un quatrième mode de réalisation de l'invention. 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 d'évidements 20 qui, avec les évidements 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 . A proximité de l'extrémité axiale du canal d'entrée 22, une pluralité d'ouvertures de refroidissement 27 s'étendant radialement est prévue dans l'arbre de rotor 12. Les ouvertures de refroidissement 27 s'ouvrent sur la surface circonférentielle extérieure de l'arbre de rotor 12 et sont disposées vers l'intérieur d'un épaulement formé par une partie d'extrémité radialement élargie de l'arbre de rotor 12 sur laquelle la plaque d'extrémité 18 vient en butée. 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 ouvertures radiales de refroidissement 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 ouvertures de refroidissement 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 de découpes 30 formées dans chaque plaque de rotor 16. La plaque d'extrémité 18 sert ainsi d'extrémité radiale pour les ouvertures radiales de refroidissement formées à partir des ouvertures radiales de refroidissement 27 dans l'arbre de rotor 12 et à partir des évidements 28. Chaque découpe 30 a une section transversale en forme de goutte (voir en particulier la ), le contour de chaque découpe 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 découpes 30 diffère légèrement entre les différents types de plaques de rotor. Compte tenu de la capacité des découpes 30 à former le passage du liquide de refroidissement 24, les découpes 30 ont une section transversale relativement grande. En outre, des découpes 30 sont disposées entre les évidements 20 adjacents 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 refroidissement 24. La distance entre la poche formée par les évidements 20 et le passage de réfrigérant 24 formé par les découpes 30 est désignée sur la par la flèche A. La ligne pointillée L montre que l'extrémité radialement extérieure des découpes 30 chevauche les extrémités radialement intérieures des évidements 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. À l'emplacement des évidements 28 dans la plaque d'extrémité 19, l'arbre de rotor 12 est pourvu d'une pluralité d'ouvertures radiales de refroidissement 36 qui relient les passages de refroidissement 24 (via les évidements 28) aux canaux de sortie 26. De cette manière, un chemin de refroidissement fermé est formé par le canal d'entrée 22, les ouvertures radiales de refroidissement 27, les évidements 28, les passages de refroidissement 24, les évidements 28, les ouvertures radiales de refroidissement 36 et les canaux de sortie 26. De manière similaire à la plaque d'extrémité 18, la plaque d'extrémité 19 sert également d'extrémité radiale du passage de réfrigérant formé par les évidements 28 et les ouvertures de réfrigérant 36. 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 une partie d'extrémité radialement élargie 13 sur l'arbre de rotor 12, entre la plaque d'extrémité 18 et la plaque de rotor adjacente 16, entre les plaques de rotor adjacentes, entre la plaque d'extrémité 19 et la plaque de rotor adjacente 16 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. La montre un deuxième mode de réalisation. Pour les éléments connus du premier mode de réalisation, les mêmes numéros de référence sont utilisés, et il est fait référence aux commentaires ci-dessus. Dans le mode de réalisation de la , l'entrée du trajet du liquide de refroidissement est formée par une combinaison d'ouvertures de liquide de refroidissement 27 s'étendant radialement dans l'arbre de rotor 12 et une plaque d'extrémité 50. La plaque d'extrémité 50 est similaire à la plaque d'extrémité 19 en ce qu'elle est maintenue axialement dans l'arbre de rotor 12 par un écrou (non représenté sur la ). Ainsi, la plaque d'extrémité 50 (plus précisément : les extrémités radialement extérieures des évidements 28) forme une extrémité radiale pour la partie s'étendant radialement du trajet du liquide de refroidissement de sorte que le trajet du liquide de refroidissement est dévié d'une direction radiale vers une direction axiale dans les découpes des plaques de rotor. Un joint 40 est utilisé pour empêcher les fuites du liquide de refroidissement. Une alternative au deuxième mode de réalisation est illustrée à la . Au lieu d'une pluralité d'évidements séparés, une rainure annulaire 52 est prévue à l'extrémité radialement intérieure de la plaque d'extrémité 50 sur le côté faisant face aux plaques de rotor 16, la surface radialement extérieure 54 de la rainure 52 servant d'extrémité radiale des ouvertures de refroidissement. La montre un troisième mode de réalisation. Pour les éléments connus du premier et du deuxième mode de réalisation, les mêmes numéros de référence sont utilisés, et il est fait référence aux commentaires ci-dessus. Le troisième mode de réalisation correspond en grande partie au premier mode de réalisation, à la différence que la partie d'extrémité élargie 13 de l'arbre de rotor 12 et la plaque d'extrémité 18 en butée contre l'épaulement formé par la partie d'extrémité élargie 13, sont ici disposées du "côté entrée du liquide de refroidissement" de l'arbre de rotor 12. De manière similaire à la variante illustrée à la , la plaque d'extrémité 18 peut être pourvue d'une rainure annulaire au lieu d'une pluralité d'évidements radiaux séparés. Dans tous les cas, l'extrémité radiale extérieure de la configuration respective (soit la paroi circonférentielle de la rainure, soit l'extrémité extérieure de chaque évidement) forme l'extrémité radiale de l'ouverture pour le liquide de refroidissement et marque la déviation du liquide de refroidissement d'une direction d'écoulement radiale vers une direction d'écoulement axiale. La montre un quatrième mode de réalisation. Pour les éléments connus des modes de réalisation précédents, les mêmes numéros de référence sont utilisés, et il est fait référence aux commentaires ci-dessus. La différence entre le quatrième mode de réalisation et les modes de réalisation précédents est que, dans le quatrième mode de réalisation, le support axial de la pile ou des plaques de rotor 16 est composé d'un épaulement 60 sur une partie d'extrémité radialement élargie 62 de l'arbre de rotor 12, et d'une plaque d'extrémité 64 qui est disposée sur la circonférence extérieure de la partie d'extrémité 62. Les ouvertures de refroidissement 27 s'étendent à travers la partie d'extrémité élargie 62 et se terminent à la surface circonférentielle extérieure de la partie d'extrémité 62. Là, elles sont fermées par la surface circonférentielle intérieure de la plaque d'extrémité 64. La partie d'extrémité élargie 62 est pourvue, sur son côté faisant face aux plaques de rotor 16, d'une pluralité d'ouvertures de connexion 66 qui relient les ouvertures radiales de refroidissement 27 aux passages de refroidissement 24. Comme alternative aux ouvertures de connexion séparées 66, une rainure circonférentielle pourrait être utilisée dans l'épaulement 60 sur le côté faisant face aux plaques de rotor 16. Rotor (10) pour une machine électrique, en particulier pour un moteur électrique, le rotor (10) présentant un arbre de rotor (12) et plusieurs plaques de rotor (16) montées sur l'arbre de rotor (12), les plaques de rotor (16) présentant des évidements (30) qui forment des canaux de liquide de refroidissement (24) s'étendant en direction axiale à travers la pile formée par les plaques de rotor (16), l'arbre de rotor (12) présentant une ouverture axiale de liquide de refroidissement (22), plusieurs ouvertures radiales de liquide de refroidissement (27 ; 36) qui relient l'ouverture de refroidissement axiale (22) dans l'arbre de rotor (12) aux canaux de refroidissement (24) dans la pile de plaques de rotor (16), le rotor (10) ayant en outre une plaque d'extrémité (18 ; 19, 50 ; 64) qui forme une extrémité radiale pour les ouvertures de refroidissement radiales (27). Rotor (10) de la revendication 1, dans lequel la plaque d'extrémité (64) a une surface de contact pleine pour venir en butée contre la pile de plaques de rotor (16). Rotor (10) selon la revendication 2, dans lequel l'arbre de rotor (12) a une partie d'extrémité radialement élargie (62) formant un épaulement (60) sur lequel la pile de plaques de rotor (16) bute dans une direction axiale, les ouvertures de refroidissement radiales (27) s'étendant à travers la partie d'extrémité (62) vers une circonférence extérieure de celle-ci. Rotor (10) de la revendication 3, dans lequel la partie d'extrémité (62) a au moins une ouverture de connexion (66) pour connecter les canaux de refroidissement (24) formés dans la pile de plaques de rotor (16) aux ouvertures de refroidissement radiales (27) dans la partie d'extrémité. Rotor (10) de la revendication 4, dans lequel l'ouverture de connexion (66) est formée par une rainure annulaire dans la partie d'extrémité sur le côté faisant face à la pile de plaques de rotor (16). Rotor (10) de la revendication 4, dans lequel l'ouverture de connexion (66) est formée par une pluralité d'ouvertures s'étendant axialement qui relient les canaux de refroidissement (24) dans la pile de plaques de rotor (16) aux ouvertures de refroidissement radiales (27). Rotor (10) selon la revendication 1, dans lequel la plaque d'extrémité (50) comporte une rainure annulaire (52) à son extrémité radialement intérieure sur le côté faisant face à la pile de plaques de rotor (16). Rotor (10) selon la revendication 1, dans lequel la plaque d'extrémité (18 ; 19 ; 50 ; 62) comporte une pluralité d'évidements radiaux (28) à son extrémité radialement intérieure sur le côté faisant face à la pile de plaques de rotor (16). Rotor selon la revendication 7 ou la revendication 8, dans lequel l'arbre de rotor (12) a une partie d'extrémité (13) radialement élargie formant un épaulement au niveau duquel la plaque d'extrémité (18) vient en butée dans une direction axiale, les ouvertures radiales de refroidissement (27) étant formées axialement vers l'intérieur à partir de la partie d'extrémité (13). Rotor (10) selon la revendication 7 ou la revendication 8, dans lequel un élément de serrage est disposé sur l'arbre de rotor (12) pour serrer axialement la pile de plaques de rotor (16), en particulier un écrou de serrage.