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WO2019025355A1 - Rotor a cage injectee - Google Patents

Rotor a cage injectee Download PDF

Info

Publication number
WO2019025355A1
WO2019025355A1 PCT/EP2018/070571 EP2018070571W WO2019025355A1 WO 2019025355 A1 WO2019025355 A1 WO 2019025355A1 EP 2018070571 W EP2018070571 W EP 2018070571W WO 2019025355 A1 WO2019025355 A1 WO 2019025355A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
notches
bars
series
rotor according
rotor
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/070571
Other languages
English (en)
Inventor
Sébastien Porcher
Mike MCCLELLAND
Dany Prieto
Nicolas NAY
Original Assignee
Moteurs Leroy-Somer
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Moteurs Leroy-Somer filed Critical Moteurs Leroy-Somer
Publication of WO2019025355A1 publication Critical patent/WO2019025355A1/fr

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/26—Rotor cores with slots for windings
    • H02K1/265—Shape, form or location of the slots
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K17/00—Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
    • H02K17/02—Asynchronous induction motors
    • H02K17/16—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors
    • H02K17/18—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors having double-cage or multiple-cage rotors
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    • H02K17/00—Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
    • H02K17/02—Asynchronous induction motors
    • H02K17/16—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors
    • H02K17/20—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors having deep-bar rotors
    • H—ELECTRICITY
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H02K15/021—Magnetic cores
    • H02K15/023—Cage rotors
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    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/06—Embedding prefabricated windings in the machines
    • H02K15/062—Windings in slots; Salient pole windings
    • H02K15/063—Windings for large electric machines, e.g. bar windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • the present invention relates to rotating electrical machines and more particularly the rotors of such machines.
  • Asynchronous electric motors conventionally comprise a packet of magnetic sheets traversed by notches. Aluminum is injected under pressure to form bars which are connected to the outside of the sheet bundle by short-circuit rings.
  • the electrical resistivity of the bars may be advantageous to further reduce the electrical resistivity of the bars by replacing the aluminum with copper.
  • the melting temperature of copper being much higher than that of aluminum, it becomes difficult to inject copper into the notches.
  • a known solution is thus to introduce copper conductor bars into the notches and to inject aluminum under pressure to fill the space left free inside the notches by the bars.
  • the application WO2011015494 discloses a rotor having notches having a radially inner region in which is disposed a conductive bar and a radially outer region filled with an injected conductive material
  • the application WO2011020718 discloses a rotor in which the conductive bars are wrapped at least partially in the radial direction by an injected conductive material.
  • the application JPH11206080 discloses a rotor in which the outwardly opening notches have bars disposed against the opening of the notches to prevent the exit of the aluminum in the radial direction outwards.
  • the application JP2005278373 discloses notches opening outward in which the busbars are surrounded by the injected aluminum.
  • US2013 / 033144 discloses a dual cage rotor having notches (16) receiving first and second metal portions (80, 82) of conductive bars that can be welded together.
  • US 1500834 and US 6246141 disclose dual cage rotors having conductive bars (2, 3) of different conductivities.
  • FR 1072671 discloses dual cage rotors having suitable conductivity rods introduced into a cage or cage in order to achieve the desired resultant strength after formation of the aluminum cage.
  • the subject of the invention is a rotary electric machine rotor, comprising:
  • the first or second conductive material can come closer to the radially outer surface of the sheet package, which improves the electrical performance of the machine.
  • the invention also reduces the losses generated on the surfaces of the rotor, as well as heating.
  • the second radial passage may have a shorter length than the first. This embodiment is more favorable in the context of a variable speed machine.
  • the second radial passage may have a length greater than that of the first. This variant is more favorable in the context of a fixed speed machine.
  • the first and second passages may have constant widths.
  • the first passage may have substantially the same width as the second passage.
  • the width of the first passage is preferably between 1mm and 4mm, and its length is preferably between 2mm and 15mm.
  • the width of the second passage is preferably between 1 mm and 4 mm and its length is preferably between 1 mm and 8 mm.
  • the width of the second passage increases by approaching the radially outer surface of the sheet package.
  • the first material is preferably copper and the second is aluminum.
  • the notches of the first series of notches may have in cross section straight edges diverging away from the center of the rotor.
  • the notches of the second set of notches may have a substantially circular cross section.
  • the bars can occupy substantially all the notch section of the first set of notches.
  • the bars may comprise ribs engaged in the first and / or second passages. These ribs may correspond to the shape of the first and / or second respective passages.
  • the bars occupy substantially the entire section of the notches of the second series of notches. This allows the bars to be used to seal the pack during injection of the second material.
  • the second material is radially inner with respect to the bars, when observed in a section of the package perpendicular to the longitudinal axis of the rotor.
  • the bars occupy the entire section of the second notches.
  • the bars are flush with the surface of the package.
  • the short-circuit rings preferably have an outer diameter smaller than the outer diameter of the plates.
  • the circumference of the short-circuit rings extends radially between the first and second passages.
  • the circumference of the short-circuit rings is at the bars.
  • the rotor may comprise secondary notches filled with the second material.
  • the secondary notches may communicate with the notches of the first set of notches.
  • the secondary notches are without communication with the notches of the first series of notches.
  • the magnetic sheets comprise a magnetic steel, for example iron / silicon, with its different shades.
  • the thickness of each sheet is for example between 0.35mm and 0.65mm.
  • the invention further relates to a machine comprising a rotor according to the invention.
  • FIG. 1 is a schematic and partial axial section of an exemplary rotor according to the invention
  • FIG. 6 represents a variant embodiment of a notch
  • FIG. 7 schematically represents, in axial section, an embodiment variant of the rotor according to the invention.
  • FIG. 8 is a view identical to FIGS. 2 to 5 after the molding of a variant of a rotor according to the invention
  • FIG. 9 is a view along the direction A-A of FIG.
  • FIG. 1 shows a rotor 1 according to the invention.
  • This rotor 1 comprises a pack 2 of magnetic sheets 113, mounted on a shaft 9, for example made of steel, of axis X.
  • Package 2 is formed by the superposition of magnetic sheets 113 in which perforations 3 are cut.
  • the superposition of the openings 3 of the plates 113 forms, within the pack 2, notches 4 which extend longitudinally from one axial end of the pack 2 to the other.
  • the notches 4 may be straight, that is to say that all the sheets 113 are exactly superimposed without angular offset from one sheet 113 to the next.
  • the plates 113 are superimposed by being angularly offset slightly from one sheet to the next so that the longitudinal axes of the notches 4 follow a helical path about the axis of rotation of the rotor, in a manner known in the art. itself.
  • the package 2 is formed by assembling plates 113 which are not strictly identical in front view, of the front of the package 2, so that the section of a notch 4 may have a shape that varies when moving from the front end of the notch 4 to the rear end.
  • the sheets 113 may be identical when they are cut, but be assembled by turning some sheets relative to others, so that they generate an evolution of the section of the notch 4 when moving along the axis of rotation.
  • the rotor 1 comprises copper bars 10, introduced into the notches 4, and a material 20 such as aluminum injected into the notches 4 in the space left free by the bars 10.
  • Short-circuit rings 120 and 130 are molded from aluminum at the ends of the pack of sheets 2. These rings 120 and 130 are in one piece with the aluminum cast in the notches 4.
  • the sheets comprise a first series 60 of notches 4 and a second series 80 of notches 4 interconnected by a first radial passage 16.
  • the notches 4 of the second series 80 of notches 4 are radially external to the notches 4 of the first series 60 of notches 4 and open on the radially outer surface of the plate package 113.
  • the bars 10 of the first material are arranged in the second set of notches while the second material is injected into the first set of notches.
  • the notches 4 of the second series 80 of notches open on the radially outer surface of the sheet bundle 113 by a second radial passage 18.
  • first and second radial passages 16 and 18 have widths w ⁇ and w 2 substantially constant and identical.
  • the bars comprise ribs 101 engaged in the first and second passages and which respectively correspond to the shape of the first and second passages.
  • the second radial passages 18 have a shape divergent to the radially outer surface.
  • this solution makes it possible to have an increase in the copper surface, which reduces electrical resistance and therefore losses by Joule effect. This improves the efficiency of the machine.
  • the bars comprise ribs 101 engaged in the first passages.
  • the length l ⁇ of the first passage 16 is preferably between 2mm and 15mm.
  • the length / 2 of the second passage 18 is preferably between 1mm and 8mm.
  • the machines illustrated in Figures 2 and 3 are more particularly suitable for a variable speed drive, wherein the motor is connected to a drive.
  • the latter makes it possible to limit the starting current, which is no longer a constraint.
  • the presence of copper in the top of the notches 4 prevents the passage of aluminum in the second radial passages 18 during injection.
  • the presence of copper in the top of the notches also reduces harmonic losses in the notches and thus to gain in yield and reduction of heating.
  • Figures 8 and 9 illustrate a variant of a rotor according to the invention after molding.
  • the bars 10 of copper are arranged in the notches 4 of the second series 80.
  • the bars 10 are flush with the pack 2 of plates 113.
  • the short-circuit rings 120 are molded at the ends of the pack 2. As illustrated, the radius a shorting rings 120 are smaller than those of plates 113b.
  • the circumference of the short-circuit rings extends radially between the first 16 and second 18 passages. For example, the circumference of the short-circuit rings 120 is at the level of the bars 10.
  • the bars 10 and the short-circuit rings 120 make it possible to ensure the seal within the pack 2 during the injection of the 'aluminum.
  • the bars 10 of the first material are arranged in the first series of notches while the second material is injected into the second series of notches.
  • These machines are particularly suitable for fixed speed.
  • the presence of aluminum in the second series of notches limits the starting current due to the higher electrical resistance of aluminum compared to that of copper.
  • Some notches may have friction reliefs 5 arranged to frictionally retain the bars 10.
  • At least part of the openings may present on at least a portion of their periphery frictional reliefs 5, the electrically conductive bars 10 received in the notches 4 bearing by at least one main face 11 against said reliefs.
  • reliefs 5 can effectively maintain the bars 10 inside the sheet package.
  • the reliefs 5 can be made very precisely during the cutting of the sheets, and allow a greater tolerance of bar manufacture.
  • the reliefs 5 can also reduce the force to be exerted on the bars to insert them into the sheet package, reducing the contact area between the bars and the sheets.
  • the reliefs 5 can, by decreasing the contact area between the bars 10 and the plates, reduce the inter-bar currents flowing in the sheets and the corresponding energy loss by Joule effect.
  • the reliefs 5 are preferably present on opposite long sides 4a of the notches 4 which are oriented substantially radially, these large sides 4a extending substantially radially and the conductive bars 10 bearing against these reliefs 5 by two opposite main faces 11.
  • the reliefs 5 may be in the form of bosses, preferably extending over substantially the entire radial dimension of a bar 10.
  • the bosses 5 may have an amplitude h of between 0.2 and 0.4 mm, for example 0.3 mm, and the radius of curvature R at their apex is for example between 0.4 and 0.6 mm, being for example 0.5mm, as shown in Figure 7A.
  • All the sheets of the packet can be identical or not.
  • the notches of at least one sheet of the package may have at least one blocking relief 30 bearing against a radially outer end face of a corresponding bar 10, better two such opposing reliefs. each bearing against the same end face.
  • the notches of at least one sheet of the packet may also have at least one blocking relief 31 bearing against a radially inner end face 13 of a corresponding bar, as shown in FIG. 4, this blocking relief 31 preferably being centered on the median plane of symmetry of the corresponding aperture.
  • One or more of the bars may be hollow.
  • the bar 10 of the first material has a longitudinal inner cavity 17 which is filled by the second material.
  • the bars are hollow facilitates the filling of the cavity for molding the rear shorting ring, when the injection takes place from the front.
  • the total amount of copper used may be less, which reduces the cost of the machine.
  • the second material that is injected into the bars 10 is protected from contact with the oxygen of the air by the material of the bars, except at the axial ends thereof. In this way, the corrosion phenomena at the interface between the first and second materials are limited.
  • the bars 10 preferably have, in cross section, a closed contour, which may be non-circular.
  • the second material 20 fills the notches also outside the bars, especially when the bars do not occupy the entire section of the notches.
  • the bars 10, hollow or not, may extend over the entire radial dimension of the notches 4.
  • the bars 10 may have a cross section which is substantially of the same shape as the notches 4.
  • the bars 10, hollow or not have a radial dimension which is less than that of the notches.
  • Bars 10, hollow or not, may extend over at least the length of the sheet package.
  • All the notches 4 of the rotor may have hollow bars with the second material 20 injected therein. Alternatively, some notches 4 may not have bar 10, being in this case fully filled by the second conductive material.
  • the rotor comprises for example more notches with bars than slots without bar, or vice versa.
  • the openings can form, within the package, n main notches 4 as defined above and m secondary notches 40, radially inner with respect to the main notches, with n and m being non-zero integers and n> m.
  • the secondary notches 40 are disjoint from the main notches 4 in the example of FIG. 4.
  • each secondary notch 40 communicates with a main notch 4.
  • Each secondary notch 40 may be centered on a median plane of a main notch 4.
  • the ratio n / m between the number of main notches 4 and the number of secondary notches 40 is for example equal to 2 or 3.
  • the secondary notches 40 preferably have an angular extent, measured around the axis of rotation of the rotor, greater than that of a main notch 4.
  • the machine comprises pins 70 inserted in the notches 8 in contact with the bars 10.
  • the pins 70 are arranged in the bottom of the notches 4, to bear each against a radially inner end face 13 of a bar 10.
  • the pins 70 may each be of conical shape in order to facilitate the insertion of the bars 10.
  • the package may comprise, as illustrated in FIG. 7, at least one guard plate 110 at at least one of its axial ends, preferably at each end of the package 2 of plates 113.
  • guard plates 110 are configured to allow, on the one hand, the injection of aluminum into the notches 4 of the pack 2 of magnetic sheets 113 and, on the other hand, to axially retain the bars 10 in the notches 4, the bars coming into support at their ends on the guard plates 110.
  • guard plates 110 can also protect the axial ends of the bars 10 of oxygen from the air and thus avoid corrosion phenomena at the interface between aluminum and copper.
  • the guard plate (s) 110 can be made with perforations 220 which allow injection through the guard plate 110 of the second material 20 into the pack 2 of sheets 113.
  • the guard plate (s) 110 may comprise at least one retaining relief 221 superimposed at least partially on the bars to retain them axially. This or these support reliefs 221 can be made in various ways.
  • the retaining reliefs or reliefs 221 may comprise two advances facing one notch receiving a bar.
  • the retaining reliefs or reliefs 221 comprise a notched material bridge receiving a bar.
  • the rotor To manufacture the rotor, it is possible to cut the sheets 113 with a press equipped with a punch or with a laser and to form, during the cutting, perforations 3 corresponding to the first and second series of notches 4 and, if appropriate, the secondary notches 40 and bosses 5.
  • the plates 113 are superimposed to form the package 2 and the bars 10 are inserted into the notches 4 by force.
  • the presence of the bosses 5 facilitates the advancement of the bars 10 within the pack 2 of plates 113 and, if necessary, the pins 70 are inserted into the bottom of the notches to block the bars 10 before the injection.
  • the notches may have other shapes, as well as the bars.
  • Other materials than copper and aluminum can be used.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)
  • Induction Machinery (AREA)

Abstract

Rotor de machine électrique tournante, comportant un paquet de tôles magnétiques (113) définissant une première série (60) d'encoches (4) et une deuxième série (80) d'encoches (4) reliées entre elles par un premier passage radial (16), les encoches (4) de la deuxième série (80) d'encoches étant radialement extérieures aux encoches (4) de la première série (60) d'encoches et débouchant par un deuxième passage radial (18) sur la surface radialement extérieure du paquet de tôles (113), des barres (10) d'un premier matériau conducteur électrique reçues dans au moins une partie des encoches (4), un deuxième matériau (20) électriquement conducteur, différent du premier, injecté dans les encoches (4).

Description

ROTOR A CAGE INJECTEE
La présente invention concerne les machines tournantes électriques et plus particulièrement les rotors de telles machines.
Arrière-plan
Les moteurs électriques asynchrones comportent, de façon conventionnelle, un paquet de tôles magnétiques traversé par des encoches. De l'aluminium est injecté sous pression pour former des barreaux qui sont reliés à l'extérieur du paquet de tôles par des anneaux de court-circuit.
Pour améliorer les performances électriques, il peut s'avérer intéressant de diminuer encore la résistivité électrique des barreaux en remplaçant l'aluminium par du cuivre. Toutefois, la température de fusion du cuivre étant bien supérieure à celle de l'aluminium, il devient difficile d'injecter du cuivre dans les encoches.
Une solution connue consiste ainsi à introduire des barres conductrices en cuivre dans les encoches et à injecter de l'aluminium sous pression pour remplir l'espace laissé libre à l'intérieur des encoches par les barres.
La demande WO2011015494 divulgue un rotor comportant des encoches ayant une région radialement intérieure dans laquelle est disposée une barre conductrice et une région radialement extérieure remplie par un matériau conducteur injecté
La demande WO2011020718 divulgue un rotor dans lequel les barres conductrices sont enveloppées au moins partiellement dans la direction radiale par un matériau conducteur injecté.
La demande JPH11206080 divulgue un rotor dans lequel les encoches débouchant vers l'extérieur comportent des barres disposées contre l'ouverture des encoches pour empêcher la sortie de l'aluminium dans la direction radiale vers l'extérieur.
La demande JP2005278373 divulgue des encoches débouchant vers l'extérieur dans lesquelles les barres conductrices sont entourées par l'aluminium injecté.
Les demandes WO2010100007, WO2009038678, US2011291516, WO2014067792, WO2015071156, WO2012041943, JPH10234116, CN1925280 et JPH 1028360 décrivent des rotors dont le paquet de tôles comporte des encoches recevant des barres de cuivre et dans lesquelles de l'aluminium est injecté sous pression.
Il existe un besoin d'améliorer encore la performance des machines électriques tournantes. US2013/033144 divulgue un rotor à cage double comportant des encoches (16) recevant des premières et deuxièmes portions métalliques (80, 82) de barres conductrices qui peuvent être soudées ensembles.
US 1500834 et US 6246141 divulguent des rotors à cage double comportant des barres conductrices (2, 3) de différentes conductivités.
FR 1072671 divulgue des rotors à cage double comportant des barres de conductivités adaptées introduites dans une cage ou l'autre cage afin d'obtenir la résistance résultante désirée après la formation de la cage en aluminium.
Résumé
L'invention a pour objet un rotor de machine électrique tournante, comportant :
- un paquet de tôles définissant une première série d'encoches et une deuxième série d'encoches reliées entre elles par un premier passage radial, les encoches de la deuxième série d'encoches étant radialement extérieures aux encoches de la première série d'encoches et débouchant par un deuxième passage radial sur la surface radialement extérieure du paquet de tôles,
- des barres d'un premier matériau conducteur électrique reçues dans au moins une partie des encoches,
- un deuxième matériau électriquement conducteur, différent du premier, injecté dans les encoches.
Grâce à l'invention, le premier ou le deuxième matériau conducteur peut venir plus près de la surface radialement extérieure du paquet de tôles, ce qui permet d'améliorer la performance électrique de la machine. L'invention permet aussi de réduire les pertes générées sur les surfaces du rotor, ainsi que échauffement.
Le deuxième passage radial peut avoir une longueur inférieure à celle du premier. Ce mode de réalisation est plus favorable dans le cadre d'une machine à vitesse variable.
Dans une variante, le deuxième passage radial peut avoir une longueur supérieure à celle du premier. Cette variante est plus favorable dans le cadre d'une machine à vitesse fixe.
Les premiers et deuxièmes passages peuvent avoir des largeurs constantes.
Le premier passage peut avoir sensiblement la même largeur que le deuxième passage.
La largeur du premier passage est de préférence comprise entre 1mm et 4mm, et sa longueur est de préférence comprise entre 2mm et 15mm. La largeur du deuxième passage est de préférence comprise entre 1mm et 4mm et sa longueur est de préférence comprise entre 1mm et 8mm.
Dans une variante, la largeur du deuxième passage augmente en approchant la surface radialement extérieure du paquet de tôles.
Le premier matériau est de préférence du cuivre et le deuxième de l'aluminium.
Les encoches de la première série d'encoches peuvent avoir en section transversale des bords droits divergeant en éloignement du centre du rotor.
Les encoches de la deuxième série d'encoches peuvent avoir une section transversale sensiblement circulaire.
Les barres peuvent occuper sensiblement toute la section des encoches de la première série d'encoches. Les barres peuvent comporter des nervures engagées dans les premiers et/ou deuxièmes passages. Ces nervures peuvent correspondre à la forme des premiers et/ou deuxièmes passages respectifs.
Dans une variante, les barres occupent sensiblement toute la section des encoches de la deuxième série d'encoches. Cela permet d'utiliser les barres pour assurer l'étanchéité du paquet durant l'injection du deuxième matériau. De préférence, le deuxième matériau est radialement intérieur par rapport aux barres, lorsque observé dans une section du paquet perpendiculaire à l'axe longitudinal du rotor. De préférence, les barres occupent toute la section des deuxièmes encoches.
De préférence, les barres affleurent à la surface du paquet. Les anneaux de court- circuit ont de préférence un diamètre extérieur inférieur au diamètre extérieur des tôles. De préférence, la circonférence des anneaux de court-circuit s'étend radialement entre les premiers et deuxièmes passages. Par exemple, la circonférence des anneaux de court-circuit se trouve au niveau des barres.
Le rotor peut comporter des encoches secondaires remplies du deuxième matériau.
Les encoches secondaires peuvent communiquer avec les encoches de la première série d'encoches.
Dans une variante, les encoches secondaires sont sans communication avec les encoches de la première série d'encoches.
De préférence, les tôles magnétiques comportent un acier magnétique, par exemple fer/silicium, avec ses différentes nuances. L'épaisseur de chaque tôle est par exemple comprise entre 0,35mm et 0,65mm. L'invention a encore pour objet une machine comportant un rotor selon l'invention.
Description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention pourront ressortir à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel :
- la figure 1 est une coupe axiale schématique et partielle d'un exemple de rotor selon l'invention,
- les figures 2 à 5 représentent en vue partielle des variantes de réalisation des cages de rotor selon l'invention,
- la figure 6 représente une variante de réalisation d'encoche, et
- la figure 7 représente de façon schématique, en section axiale, une variante de réalisation de rotor selon l'invention,
- la figure 8 est une vue identique aux figures 2 à 5 après le moulage d'une variante d'un rotor selon l'invention,
- la figure 9 est une vue selon la direction A- A de la figure 8.
Rotor
On a représenté à la figure 1 un rotor 1 selon l'invention. Ce rotor 1 comporte un paquet 2 de tôles magnétiques 113, montées sur un arbre 9, par exemple en acier, d'axe X.
Le paquet 2 est formé par la superposition de tôles magnétiques 113 dans lesquelles sont découpés des ajours 3.
La superposition des ajours 3 des tôles 113 forme, au sein du paquet 2, des encoches 4 qui s'étendent longitudinalement d'une extrémité axiale du paquet 2 à l'autre. Les encoches 4 peuvent être droites, c'est-à-dire que toutes les tôles 113 sont exactement superposées sans décalage angulaire d'une tôle 113 à la suivante. Toutefois, de préférence, les tôles 113 sont superposées en étant décalées angulairement légèrement d'une tôle à la suivante de telle sorte que les axes longitudinaux des encoches 4 suivent un trajet hélicoïdal autour de l'axe de rotation du rotor, de façon connue en soi.
Dans l'exemple illustré, toutes les tôles 113 sont identiques et les ajours 3 le sont également, de sorte que le paquet 2 comporte des encoches 4 identiques. Dans des variantes, le paquet 2 est formé par assemblage de tôles 113 qui ne sont pas rigoureusement toutes identiques en vue de face, de l'avant du paquet 2, de sorte que la section d'une encoche 4 peut présenter une forme qui varie lorsque l'on se déplace de l'extrémité avant de l'encoche 4 à l'extrémité arrière. En particulier, les tôles 113 peuvent être identiques lorsqu'elles sont découpées, mais être assemblées en retournant certaines tôles par rapport à d'autres, de telle sorte qu'elles génèrent une évolution de la section de l'encoche 4 lorsque l'on se déplace le long de l'axe de rotation.
Le rotor 1 comporte des barres 10 en cuivre, introduites dans les encoches 4, et un matériau 20 tel que de l'aluminium injecté dans les encoches 4 dans l'espace laissé libre par les barres 10.
Des anneaux de court-circuit 120 et 130 sont moulés en aluminium aux extrémités du paquet de tôles 2. Ces anneaux 120 et 130 sont d'une seule pièce avec l'aluminium coulé dans les encoches 4.
Conformément à l'invention, les tôles comportent une première série 60 d'encoches 4 et une deuxième série 80 d'encoches 4 reliées entre elles par un premier passage radial 16.
Dans les exemples des figures 2 et 3, les encoches 4 de la deuxième série 80 d'encoches 4 sont radialement extérieures aux encoches 4 de la première série 60 d'encoches 4 et débouchent sur la surface radialement extérieure du paquet de tôles 113. Les barres 10 du premier matériau sont disposées dans la deuxième série d'encoches tandis que le deuxième matériau est injecté dans la première série d'encoche.
Les encoches 4 de la deuxième série 80 d'encoches débouchent sur la surface radialement extérieure du paquet de tôles 113 par un deuxième passage radial 18.
Dans l'exemple de la figure 2, les premier et deuxième passages radiaux 16 et 18 ont des largeurs w\ et w2 sensiblement constantes et identiques. Les barres comportent des nervures 101 engagée dans les premiers et les deuxièmes passages et qui correspondent respectivement à la forme des premiers et des deuxièmes passages.
Dans l'exemple de la figure 3, les deuxièmes passages radiaux 18 ont une forme divergente vers la surface radialement extérieure. Par rapport à l'exemple de la figure 2, cette solution permet d'avoir une augmentation de la surface de cuivre, ce qui réduit résistance électrique et donc les pertes par effet Joule. Cela permet d'améliorer le rendement de la machine. Les barres comportent des nervures 101 engagées dans les premiers passages.
La longueur l\ du premier passage 16 est de préférence comprise entre 2mm et 15mm. La longueur /2 du deuxième passage 18 est de préférence comprise entre 1mm et 8mm.
Les machines illustrées aux figures 2 et 3 conviennent plus particulièrement à un entraînement à vitesse variable, dans lequel le moteur est connecté à un variateur. Ce dernier permet de limiter le courant de démarrage, qui n'est ainsi plus une contrainte. La présence de cuivre dans le haut des encoches 4 permet d'éviter le passage de l'aluminium dans les deuxièmes passages radiaux 18 lors de l'injection. La présence de cuivre dans le haut des encoches permet également de réduire les pertes harmoniques dans les encoches et donc de gagner en rendement et en réduction de échauffement.
Les figures 8 et 9 illustrent une variante d'un rotor selon l'invention, après le moulage.
Les barres 10 de cuivre sont disposées dans les encoches 4 de la deuxième série 80. Les barres 10 affleurent avec le paquet 2 de tôles 113. Les anneaux de court-circuit 120 sont moulés aux extrémités du paquet 2. Comme illustré, le rayon a des anneaux de court- circuit 120 est inférieur à celui des tôles 113 b. La circonférence des anneaux de court-circuit s'étend radialement entre les premiers 16 et deuxièmes 18 passages. Par exemple, la circonférence des anneaux de court-circuit 120 se trouve au niveau des barres 10. Les barres 10 et les anneaux de court-circuit 120 permettent d'assurer l'étanchéité au sein du paquet 2 lors de l'injection de l'aluminium.
Dans les variantes illustrées aux figures 4 et 5, les barres 10 du premier matériau sont disposées dans la première série d'encoches tandis que le deuxième matériau est injecté dans la deuxième série d'encoche. Ces machines conviennent plus particulièrement à vitesse fixe. La présence d'aluminium dans la deuxième série d'encoches permet de limiter le courant de démarrage du fait de la résistance électrique plus élevée de l'aluminium comparativement à celle du cuivre.
Encoches avec reliefs de friction
Certaines encoches peuvent présenter des reliefs de friction 5 agencés pour retenir par friction les barres 10.
Comme illustré à la figure 6, au moins une partie des ajours peuvent présenter sur au moins une partie de leur pourtour des reliefs de friction 5, les barres 10 électriquement conductrices reçues dans les encoches 4 venant en appui par au moins une face principale 11 contre lesdits reliefs.
Ces reliefs 5 peuvent permettre de maintenir efficacement les barres 10 à l'intérieur du paquet de tôles. Les reliefs 5 peuvent être réalisés très précisément lors du découpage des tôles, et permettent une plus grande tolérance de fabrication des barres.
En particulier, lorsqu'un matériau est injecté dans les encoches 4 autour des barres 10, ces dernières peuvent demeurer immobiles au sein du paquet. Les reliefs 5 peuvent également réduire la force à exercer sur les barres pour les insérer dans le paquet de tôles, en réduisant la surface de contact entre les barres et les tôles. Les reliefs 5 peuvent encore, en diminuant la surface de contact entre les barres 10 et les tôles, réduire les courants inter-barres circulant dans les tôles et la perte d'énergie correspondante par effet Joule.
Les reliefs 5 sont de préférence présents sur des grands côtés opposés 4a des encoches 4 qui sont orientés sensiblement radialement, ces grand côtés 4a s' étendant sensiblement radialement et les barres conductrices 10 venant en appui contre ces reliefs 5 par deux faces principales 11 opposées.
Les reliefs 5 peuvent se présenter sous la forme de bossages, s' étendant de préférence sur sensiblement toute la dimension radiale d'une barre 10.
Les bossages 5 peuvent présenter une amplitude h comprise entre 0,2 et 0,4mm, par exemple de 0,3mm, et le rayon de courbure R à leur sommet est par exemple compris entre 0,4 et 0,6mm, étant par exemple de 0,5mm, comme illustré à la figure 7A.
Toutes les tôles du paquet peuvent être identiques ou non.
Encoches avec reliefs de blocage
Comme illustré à la figure 6, les encoches d'au moins une tôle du paquet peuvent présenter au moins un relief de blocage 30 venant en appui contre une face d'extrémité radialement extérieure d'une barre 10 correspondante, mieux deux tels reliefs opposés 30 venant chacun en appui contre la même face d'extrémité.
Les encoches d'au moins une tôle du paquet peuvent également présenter au moins un relief de blocage 31 venant en appui contre une face d'extrémité radialement intérieure 13 d'une barre correspondante, comme illustré à la figure 4, ce relief de blocage 31 étant de préférence centré sur le plan médian de symétrie de l'ajour correspondant.
Barres creuses
Une ou plusieurs des barres peuvent être creuses.
Dans la variante illustrée à la figure 4, la barre 10 du premier matériau présente une cavité intérieure longitudinale 17 qui est remplie par le deuxième matériau.
Le fait que les barres soient creuses facilite le remplissage de la cavité servant à mouler l'anneau de court-circuit arrière, lorsque l'injection a lieu par l'avant.
De plus, la quantité totale de cuivre utilisée peut être moindre, ce qui permet de réduire le coût de la machine.
Le deuxième matériau 20 qui est injecté au sein des barres 10 se trouve protégé du contact avec l'oxygène de l'air par le matériau des barres, sauf aux extrémités axiales de celles-ci. On limite de cette façon les phénomènes de corrosion à l'interface entre les premier et deuxième matériaux. Les barres 10 présentent de préférence, en section transversale, un contour fermé, qui peut être non circulaire.
De préférence, le deuxième matériau 20 remplit les encoches également à l'extérieur des barres, notamment lorsque les barres n'occupent pas toute la section des encoches.
Les barres 10, creuses ou non, peuvent s'étendre sur toute la dimension radiale des encoches 4. En particulier, les barres 10 peuvent avoir une section transversale qui est sensiblement de même forme que les encoches 4.
En variante, les barres 10, creuses ou non, ont une dimension radiale qui est moindre que celle des encoches.
Les barres 10, creuses ou non, peuvent s'étendre sur au moins la longueur du paquet de tôles.
Toutes les encoches 4 du rotor peuvent comporter des barres 10 creuses avec le deuxième matériau 20 injecté à l'intérieur. En variante, certaines encoches 4 peuvent ne pas comporter de barre 10, étant dans ce cas entièrement remplies par le deuxième matériau conducteur. Le rotor comporte par exemple plus d'encoches avec des barres que d'encoches sans barre, ou inversement.
Encoches secondaires
Comme illustré aux figures 4 et 5, les ajours peuvent former au sein du paquet n encoches principales 4 telles que définies dessus et m encoches secondaires 40, radialement intérieures par rapport aux encoches principales, avec n et m entiers non nuls et n>m.
On bénéficie grâce aux encoches secondaires 40 d'une plus grande section de passage pour le deuxième matériau conducteur, lors de l'injection. Ce dernier étant injecté depuis l'avant, le fait d'avoir une section de passage plus grande assure la réalisation sans défaut de l'anneau de court-circuit arrière.
Les encoches secondaires 40 sont disjointes des encoches principales 4 dans l'exemple de la figure 4.
Dans la variante illustrée à la figure 5, chaque encoche secondaire 40 communique avec une encoche principale 4.
Chaque encoche secondaire 40 peut être centrée sur un plan médian d'une encoche principale 4.
Le rapport n/m entre le nombre d'encoches principales 4 et le nombre d'encoches secondaires 40 est par exemple égal à 2 ou 3. Les encoches secondaires 40 ont de préférence une étendue angulaire, mesurée autour de l'axe de rotation du rotor, supérieure à celle d'une encoche principale 4.
Goupilles de blocage
Dans une variante, la machine comporte des goupilles 70 insérées dans les encoches 8 au contact des barres 10.
Comme illustré à la figure 6, les goupilles 70 sont disposées dans le fond des encoches 4, pour venir en appui chacune contre une face d'extrémité 13 radialement intérieure d'une barre 10.
Les goupilles 70 peuvent être chacune de forme conique afin de faciliter l'insertion des barres 10.
Tôles de garde
Le paquet peut comporter, comme illustré à la figure 7, au moins une tôle de garde 110 à l'une au moins de ses extrémités axiales, de préférence à chaque extrémité du paquet 2 de tôles 113.
Ces tôles de garde 110 sont configurées pour permettre d'une part l'injection d'aluminium dans les encoches 4 du paquet 2 de tôles magnétiques 113 et d'autre part pour retenir axialement les barres 10 dans les encoches 4, les barres venant en appui à leurs extrémités sur les tôles de garde 110.
Ces tôles de garde 110 peuvent aussi protéger les extrémités axiales des barres 10 de l'oxygène de l'air et ainsi éviter les phénomènes de corrosion à l'interface entre l'aluminium et le cuivre.
La ou les tôles de garde 110 peuvent être réalisées avec des ajours 220 qui permettent l'injection à travers la tôle de garde 110 du deuxième matériau 20 dans le paquet 2 de tôles 113. La ou les tôles de garde 110 peuvent comporter au moins un relief de maintien 221 se superposant au moins partiellement aux barres pour les retenir axialement. Ce ou ces reliefs de maintien 221 peuvent être réalisés de diverses manières.
Par exemple, le ou les reliefs de maintien 221 peuvent comporter deux avancées en regard par encoche recevant une barre. Dans des variantes, le ou les reliefs de maintien 221 comportent un pont de matière par encoche recevant une barre.
Fabrication du rotor
Pour fabriquer le rotor, on peut découper les tôles 113 avec une presse équipée d'un poinçon ou au laser et former, lors du découpage, des ajours 3 correspondant aux première et deuxième séries d'encoches 4 et, le cas échéant, les encoches secondaires 40 et les bossages 5.
Ensuite, les tôles 113 sont superposées pour former le paquet 2 puis les barres 10 sont insérées dans les encoches 4 à force. Lors de l'insertion, la présence des bossages 5 facilite l'avancement des barres 10 au sein du paquet 2 de tôles 113 et, le cas échéant, des goupilles 70 sont insérées dans le fond des encoches pour bloquer les barres 10 avant l'injection. Une fois les barres 10 mises en place, on peut procéder dans une presse à l'injection du deuxième matériau 20, à savoir l'aluminium. On peut réaliser, lors de l'injection, les anneaux de court-circuit par moulage.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits.
Par exemple, les encoches peuvent avoir d'autres formes, de même que les barres. D'autres matériaux que le cuivre et l'aluminium peuvent être utilisés.

Claims

REVENDICATIONS
1. Rotor de machine électrique tournante, comportant :
- un paquet (2) de tôles magnétiques (113) définissant une première série (60) d'encoches (4) et une deuxième série (80) d'encoches (4) reliées entre elles par un premier passage radial (16), les encoches (4) de la deuxième série (80) d'encoches étant radialement extérieures aux encoches (4) de la première série (60) d'encoches et débouchant par un deuxième passage radial (18) sur la surface radialement extérieure du paquet (2) de tôles (113),
- des barres (10) d'un premier matériau conducteur électrique reçues dans au moins une partie des encoches (4), les barres (10) occupant sensiblement toute la section des encoches (4) de la deuxième série (80) d'encoches.
- un deuxième matériau (20) électriquement conducteur, différent du premier, injecté dans les encoches (4).
2. Rotor selon la revendication 1, le deuxième passage radial (18) ayant une longueur (/i) inférieure à celle (/2) du premier (16).
3. Rotor selon la revendication 1, le deuxième passage radial (18) ayant une longueur (/;) supérieure à celle de ¾) du premier (16).
4. Rotor selon l'une des revendications 2 et 3, le premier passage (16) ayant sensiblement la même largeur (w , w2) que le deuxième passage (18).
5. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, le deuxième passage (18) étant divergent vers la surface radialement extérieure du paquet (2).
6. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, le premier matériau étant du cuivre.
7. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, le deuxième matériau (20) étant de l'aluminium.
8. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, les encoches (4) de la première série (60) d'encoches (4) ayant en section transversale des bords droits divergeant en éloignement du centre du rotor.
9. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, les encoches (4) de la deuxième série (80) d'encoches (4) ayant une section transversale sensiblement circulaire.
10. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, le deuxième matériau (20) injecté étant radialement intérieur aux barres (10).
11. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant des encoches secondaires (40) remplies du deuxième matériau (20).
12. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, les encoches secondaires (40) communiquant avec les encoches de la première série d'encoches.
13. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, les encoches secondaires (40) étant sans communication avec les encoches de la première série d'encoches.
14. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, les barres comportant des nervures (101) engagées dans les premiers (16) et/ou deuxièmes passages (18) respectifs.
15. Machine électrique tournante comportant un rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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