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WO2019025348A1 - Rotor a cage injectee - Google Patents

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Publication number
WO2019025348A1
WO2019025348A1 PCT/EP2018/070561 EP2018070561W WO2019025348A1 WO 2019025348 A1 WO2019025348 A1 WO 2019025348A1 EP 2018070561 W EP2018070561 W EP 2018070561W WO 2019025348 A1 WO2019025348 A1 WO 2019025348A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
compartments
notches
bars
rotor according
reliefs
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2018/070561
Other languages
English (en)
Inventor
Mike MCCLELLAND
Sébastien Porcher
Nicolas NAY
Dany Prieto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Moteurs Leroy Somer SAS
Original Assignee
Moteurs Leroy Somer SAS
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 SAS filed Critical Moteurs Leroy Somer SAS
Publication of WO2019025348A1 publication Critical patent/WO2019025348A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • 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
    • 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
    • H02K17/20—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors having deep-bar rotors
    • 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

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.
  • KR 2009 0124038 discloses a rotor having notches with copper conductor bars and bar-free slots filled with aluminum.
  • CN 1756050 discloses a pack of sheets having first notches receiving copper bars and second radially inner notches relative to the first notches, filled with cast aluminum.
  • US 2012/187796 discloses a rotor in which copper bars are coated on a radially outer portion with aluminum. US 2012/187796 also discloses a notch according to the prior art, having first and second compartments separated by "a scatter web”.
  • the invention aims to meet all or part of these needs and it achieves this through a rotating machine rotor, comprising:
  • compartments a bundle of magnetic sheets having notches formed by openings of the magnetic sheets, separating reliefs extending within the openings and separating the notches into first and second distinct compartments, the first compartments being radially internal with respect to the second compartments; compartments
  • a first conductive material being disposed in the first compartments of at least a portion of the notches
  • a second electrically conductive material different from the first, being disposed in the second compartments of these notches, separation reliefs which extend within the openings preventing the first and second materials from coming into contact.
  • the bars which are introduced into the sheet package can be maintained within the corresponding compartments by said reliefs of separation.
  • the latter being arranged to prevent the first and second materials from coming into contact, potential corrosion phenomena are eliminated. This reduces the electrical losses over time.
  • the separation reliefs may be of different shapes, being made by cutting with the material of the magnetic sheets.
  • the separation reliefs are bridges of material which thus separate each notch into first and second non-communicating compartments.
  • This design makes it possible, on the one hand, to be both compatible with a variable speed solution by arranging the copper bars at the top of the notch and a second material, for example aluminum at the bottom of the notch, and to be compatible in fixed speed by having a second conductive material, for example aluminum at the top of the notch and the copper bars at the bottom of the notch.
  • the sheet metal remains the same for the different types of machines.
  • the presence of a multitude of notches for injecting the second material, for example aluminum makes it possible to optimize the filling of the rings of short circuit and holding them at the end of the package of sheets. It also minimizes the risk of play between the short circuit ring and the package of sheets.
  • These bridges of material preferably have a thickness of at least 1 mm in the radial direction.
  • the separation reliefs consist of advances arranged facing each other and which provide between them a sufficiently narrow channel to prevent contact between the first and second materials.
  • the first conductive material may be in the form of bars inserted in the first compartments, the first material being preferably copper, the second material then being injected into the second compartments, this second material then preferably being aluminum.
  • Such an embodiment is particularly suitable for a machine intended to be driven with a fixed frequency current. Indeed, when the motor is connected to the network, starting the motor requires a high current relative to the nominal point. As the ratio between the starting current and the nominal current is limited by the standards in force, the aim is to reduce it. At startup, the part of the notch that generates the electrical resistance is mostly the top of the notch, near the gap because of the skin effect. In order to limit this starting current, the resistance of the cage must increase. Thus, having the material of higher electrical resistivity closer to the air gap reduces the starting current.
  • the first conductive material is in the form of bars inserted in the second compartments, this first material preferably being copper, the second material being injected into the first compartments, this second material preferably being aluminum.
  • Such an embodiment is more particularly suitable for a motor connected to a drive, for a variable speed drive.
  • the starting current is not a constraint.
  • Positioning the material of lower electrical resistivity in the compartment closer to the air gap and introducing an opening on the air gap side, which is devoid of electrically conductive material reduces the electrical losses.
  • the presence of a copper bar in the upper part of the notch prevents the aluminum from sinking into the opening of the slot on the air gap side during the injection, which contributes to the reduction of the losses. harmonics in the bars.
  • the invention further relates to a rotating electrical machine comprising a rotor as defined above.
  • the subject of the invention is also a method of controlling a machine according to the invention, in which the machine is fed by a current of fixed frequency, the first conducting material being in the form of bars inserted in the first compartments, being of preferably copper, and the second conductive material being injected into the second compartments, preferably being aluminum.
  • the invention further relates to a method of controlling a machine according to the invention, wherein the machine is powered by a variable frequency current, the first conductive material being in the form of bars inserted in the second compartments, this first material being preferably copper, the second material being injected into the first compartments, this second material preferably being aluminum.
  • FIG. 1 schematically represents, in axial section, an exemplary rotor according to the invention
  • FIG. 2 partially and schematically represents, in cross-section, an exemplary rotor according to the invention
  • FIG. 3 is a view similar to FIG. 2 of a variant embodiment of the rotor
  • FIGS. 4 and 5 show details of embodiment of notches
  • FIG. 6 is a view similar to FIGS. 2 and 3 of an embodiment variant of a rotor, adapted to the needs in variable speed,
  • FIGS. 7A and 7B show alternative embodiments of notches, adapted to the needs in fixed speed
  • FIGS. 8A to 8C show alternative embodiments of notches; FIGS. 9A and 9B show other alternative embodiments of the plates, and
  • FIG. 10 shows schematically, in axial section, an alternative embodiment of the rotor according to the invention.
  • 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 2 are exactly superimposed without angular offset from one sheet 1 13 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 plates 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 one moves 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 notches 4 are made with a material bridge 15 which separates the notch 4 into two compartments, namely a first compartment 6 which starts from the bottom 7 of the notch up to the bridge of material 15 and a second compartment 8 which contains the top of the notch, that is to say the part of the notch closest to the air gap E of the machine.
  • the notches 4 have two straight opposite edges 4a and the material bridge 15 is closer to the top of the notch than the bottom thereof, but the invention is not limited to a particular position of the material bridge 15 and it could, in variants not shown, be positioned even closer to the bottom 7 of the notch.
  • the machine illustrated in Figure 2 is more particularly suitable for a fixed speed drive, and the first compartment 6 receives 10 copper bars, while the second compartment 8 receives aluminum which is injected into the slots.
  • the presence of aluminum in the top of the notches limits the starting current due to the higher electrical resistance of aluminum compared to that of copper.
  • the conductive bars of the first material 10, preferably copper, are inserted into the second compartments 8, and the second material, preferably aluminum, is injected into the first compartments 6.
  • 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 prevents the passage of aluminum in the slot 18 during injection.
  • the presence of copper in the top of the notches also reduces the harmonic losses in the notches and thus to gain in yield and reduction of warming.
  • the presence of a bar in the upper part of the notch prevents the second material from flowing in the eventual opening of the slot on the gap side during the injection.
  • the second compartments 8 each open through an opening 18 in the air gap.
  • the opening 18 has the shape of a narrow slot. Slots 18 reduce electrical losses.
  • the first and second compartments are separated by forward projections 15a, which face each other and protrude from the edges 4a of the notch.
  • These advances define between them a narrow channel 16, whose width d is less than 0.6 mm and the height H is less than 2 mm.
  • a channel 16 such dimensions can prevent the aluminum, during the injection, to extend to the copper bars.
  • the second compartment 8 has two opposite sides 8a in the extension of the opposite sides 6a of the first compartment 6 which are oriented substantially radially.
  • the first compartment 6 has a rectilinear contour at the level of the advances 15 a.
  • the second compartment 8 has a circular shape whose diameter a is strictly smaller than the width b of the first compartment 6 over most of the length / notch 4.
  • the first compartment 6 has a rounded contour at the advanced level 15 a.
  • 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 friction reliefs 5, the electrically conductive bars 10 received in the notches 4 abutting 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 still, by decreasing the contact surface between the bars
  • the reliefs 5 are preferably present on opposite long sides 4a of the notches 4 which are oriented substantially radially, these large sides 4a extend substantially radially and the conductive bars 10 bear against these reliefs 5 by two opposite main faces 11.
  • the reliefs 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, for example 0.5mm, as shown in Figure 7A.
  • All the sheets of the packet can be identical or not.
  • At least one sheet of the pack may have at least one blocking relief 31 bearing against a radially inner end face 13 of a corresponding bar.
  • This locking relief 31 is 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 internal 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 bars can be received in only part of the notches.
  • the rotor may have more notches with bars than with notches without bars. In other variants, it is the opposite and the rotor has more notches without bars than bars.
  • a notch barless and a bar notch may be alternated circumferentially. It is also possible to alternate more generally no notches without bar with n 2 notches with bar, ni and n 2 being integers strictly greater than 1.
  • 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 of a larger passage section for the second conductive material ensures faultless realization of the rear short ring.
  • the secondary notches 40 are disjoint from the main notches 4 in the example of Figure 9 A.
  • 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 ni 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 center of the sheet bundle, greater than that of a main notch 4.
  • the machine comprises pins 70 inserted in the compartments 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 to facilitate their insertion.
  • the package may comprise, as illustrated in FIG. 10, at least one guard plate 1 at at least one of its axial ends, preferably at each end of the pack 2 of sheets 1 13.
  • guard plates 1 10 are configured to allow on the one hand the injection of aluminum into the notches 4 of the pack 2 of magnetic sheets 1 13 and on the other hand to axially retain the bars 10 in the notches 4, the bars bearing at their ends on the guard plates 1 10.
  • guard plates 1 10 can also protect the axial ends of the bars
  • the guard plate (s) 1 10 can be made with openings 220 which allow the injection through the guard plate 1 10 of the second material 20 into the package
  • the guard plate (s) 1 10 may comprise at least one supporting 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 notches may have other shapes, as well as the bars.

Landscapes

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  • Power Engineering (AREA)
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  • Windings For Motors And Generators (AREA)

Abstract

Rotor pour machine électrique tournante, comportant : - un paquet (2) de tôles magnétiques comportant des encoches (4) formées par des ajours des tôles magnétiques (2), des reliefs de séparation s'étendant au sein des ajours et séparant les encoches (4) en des premiers et deuxièmes compartiments distincts, les premiers compartiments étant radialement intérieurs aux seconds compartiments, - un premier matériau conducteur étant disposé dans les premiers compartiments d'une partie au moins des encoches (4), - un deuxième matériau électriquement conducteur, différent du premier, étant disposé dans les deuxièmes compartiments (8) de ces encoches (4), les reliefs de séparation qui s'étendent au sein des ajours empêchant les premier et deuxième matériaux de venir en contact.

Description

ROTOR A CAGE INJECTEE
La présente invention concerne les machines électriques tournantes 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.
Les demandes WO2011015494, WO2010100007, WO2009038678, US2011291516, WO2014067792, WO2011020788, WO2015071156, WO2012041943, JPH10234166, CN1925280, JPH11206080, JP2005278373, JPH1028360 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.
KR 2009 0124038 divulgue un rotor comportant des encoches avec des barres conductrices de cuivre et des encoches sans barres remplies avec de l'aluminium.
CN 1756050 divulgue un paquet de tôles comportant des premières encoches recevant des barres de cuivre et des deuxièmes encoches radialement intérieures par rapport aux premières encoches, remplies par de l'aluminium coulé.
US 2012/187796 décrit un rotor dans lequel des barres de cuivre sont recouvertes sur une partie radialement extérieure par de l'aluminium. US 2012/187796 divulgue également une encoche selon l'art antérieur, comportant des premier et deuxième compartiments séparés par « a scatter web ».
II existe un besoin pour maintenir les barres de cuivre avant l'injection de l'aluminium et pour éviter les phénomènes de corrosion susceptibles de survenir en raison du contact entre le cuivre et l'aluminium en présence d'air. Il existe également un besoin pour réduire les pertes électriques dans la machine. Résumé
L'invention vise à répondre à tout ou partie de ces besoins et elle y parvient grâce à un rotor pour machine électrique tournante, comportant :
- un paquet de tôles magnétiques comportant des encoches formées par des ajours des tôles magnétiques, des reliefs de séparation s'étendant au sein des ajours et séparant les encoches en des premiers et deuxièmes compartiments distincts, les premiers compartiments étant radialement intérieurs par rapport aux seconds compartiments,
- un premier matériau conducteur étant disposé dans les premiers compartiments d'une partie au moins des encoches,
- un deuxième matériau électriquement conducteur, différent du premier, étant disposé dans les deuxièmes compartiments de ces encoches, les reliefs de séparation qui s'étendent au sein des ajours empêchant les premier et deuxième matériaux de venir en contact.
Grâce à l'invention, les barres qui sont introduites dans le paquet de tôles peuvent être maintenues au sein des compartiments correspondants par lesdits reliefs de séparation. Ces derniers étant agencés de façon à empêcher les premier et deuxième matériaux de venir en contact, les phénomènes potentiels de corrosion sont éliminés. Cela permet de réduire les pertes électriques à terme.
Les reliefs de séparation peuvent être de différentes formes, étant réalisés par découpe avec la matière des tôles magnétiques.
Dans un exemple de mise en œuvre de l'invention, les reliefs de séparation sont des ponts de matière qui séparent ainsi chaque encoche en des premier et deuxième compartiments non communicants.
Cette conception permet d'une part d'être à la fois compatible avec une solution en vitesse variable en disposant les barres du cuivre en haut d'encoche et un deuxième matériau, par exemple de l'aluminium en bas d'encoche, et d'être compatible en vitesse fixe en disposant un deuxième matériau conducteur, par exemple de l'aluminium en haut d'encoche et les barres de cuivre en bas d'encoche. La tôlerie reste la même pour les différents types de machines.
D'autre part, la présence d'une multitude d'encoches pour injecter le deuxième matériau, par exemple de l'aluminium, permet d'optimiser le remplissage des anneaux de court-circuit et leur maintien à l'extrémité du paquet de tôles. On minimise également le risque de jeu entre la bague de court-circuit et le paquet de tôles.
Ces ponts de matière ont de préférence une épaisseur d'au moins 1mm dans la direction radiale.
Dans une variante de réalisation, les reliefs de séparation sont constitués par des avancées disposées en regard l'une de l'autre et qui ménagent entre elles un canal suffisamment étroit pour empêcher un contact entre les premier et deuxième matériaux.
Le premier matériau conducteur peut être sous forme de barres insérées dans les premiers compartiments, le premier matériau étant de préférence du cuivre, le deuxième matériau étant alors injecté dans les deuxièmes compartiments, ce deuxième matériau étant alors de préférence de l'aluminium. Une telle réalisation convient tout particulièrement à une machine destinée à être entraînée avec un courant de fréquence fixe. En effet, lorsque le moteur est connecté au réseau, le démarrage du moteur demande un courant élevé par rapport au point nominal. Le rapport entre le courant de démarrage et le courant nominal étant limité par les normes en vigueur, le but est de le réduire. Au démarrage, la partie de l'encoche qui génère la résistance électrique est surtout le haut de l'encoche, près de l'entrefer en raison de l'effet de peau. Afin de limiter ce courant de démarrage, la résistance de la cage doit augmenter. Ainsi, le fait d'avoir le matériau de plus forte résistivité électrique plus près de l'entrefer permet de réduire le courant de démarrage.
Dans une variante de réalisation, le premier matériau conducteur est sous forme de barres insérées dans les deuxièmes compartiments, ce premier matériau étant de préférence du cuivre, le deuxième matériau étant injecté dans les premiers compartiments, ce deuxième matériau étant de préférence de l'aluminium. Une telle réalisation convient plus particulièrement à un moteur connecté à un variateur, pour un entraînement à vitesse variable. Dans ce cas, le courant de démarrage n'est pas une contrainte. Le fait de positionner le matériau de moindre résistivité électrique dans le compartiment plus près de l'entrefer et d'introduire une ouverture du côté de l'entrefer, qui est dépourvue de matériau conducteur électrique, permet de réduire les pertes électriques. La présence d'une barre de cuivre dans la partie supérieure de l'encoche empêche l'aluminium de couler dans l'ouverture de l'encoche du côté de l'entrefer lors de l'injection, ce qui contribue à la réduction des pertes harmoniques dans les barres. L'invention a encore pour objet une machine électrique tournante comportant un rotor tel que défini ci-dessus.
L'invention a encore pour objet un procédé de commande d'une machine selon l'invention, dans lequel la machine est alimentée par un courant de fréquence fixe, le premier matériau conducteur étant sous forme de barres insérées dans les premiers compartiments, étant de préférence du cuivre, et le deuxième matériau conducteur étant injecté dans les deuxièmes compartiments, étant de préférence de l'aluminium.
L'invention a encore pour objet un procédé de commande d'une machine selon l'invention, dans lequel la machine est alimentée par un courant de fréquence variable, le premier matériau conducteur étant sous forme de barres insérées dans les deuxièmes compartiments, ce premier matériau étant de préférence du cuivre, le deuxième matériau étant injecté dans les premiers compartiments, ce deuxième matériau étant de préférence de l'aluminium.
Description des figures
L'invention pourra être mieux comprise 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 représente de façon schématique, en section axiale, un exemple de rotor selon l'invention,
- la figure 2 représente de façon partielle et schématique, en section transversale, un exemple de rotor selon l'invention,
- la figure 3 est une vue analogue à la figure 2 d'une variante de réalisation du rotor,
- la figures 4 et 5 représentent des détails de réalisation d'encoches, - la figure 6 est une vue analogue aux figures 2 et 3 d'une variante de réalisation de rotor, adaptée aux besoins en vitesse variable,
- les figures 7A et 7B représentent des variantes de réalisation d'encoches, adaptées aux besoins en vitesse fixe,
- les figures 8 A à 8C représente des variantes de réalisation d'encoches, - les figures 9A et 9B représentent d'autres variantes de réalisation des tôles, et
- la figure 10 représente de façon schématique, en section axiale, une variante de réalisation de rotor selon l'invention. 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 2 sont exactement superposées sans décalage angulaire d'une tôle 1 13 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.
Reliefs de séparation
Dans l'exemple de la figure 2, les encoches 4 sont réalisées avec un pont de matière 15 qui sépare l'encoche 4 en deux compartiments, à savoir un premier compartiment 6 qui part du fond 7 de l'encoche jusqu'au pont de matière 15 et un deuxième compartiment 8 qui contient le haut de l'encoche, c'est-à-dire la partie de l'encoche la plus proche de l'entrefer E de la machine. Dans l'exemple considéré, les encoches 4 présentent deux bords opposés rectilignes 4a et le pont de matière 15 se situe plus près du haut de l'encoche que du fond de celle-ci, mais l'invention n'est pas limitée à une position particulière du pont de matière 15 et celui-ci pourrait, dans des variantes non illustrées, être positionné plus près encore du fond 7 de l'encoche.
La machine illustrée à la figure 2 convient plus particulièrement à un entraînement à vitesse fixe, et le premier compartiment 6 reçoit des barres 10 de cuivre, tandis que le deuxième compartiment 8 reçoit de l'aluminium qui est injecté dans les encoches. La présence d'aluminium dans le haut des encoches permet de limiter le courant de démarrage du fait de la résistance électrique plus élevée de l'aluminium comparativement à celle du cuivre.
Dans les variantes de réalisation des figures 3 et 6, les barres conductrices du premier matériau 10, de préférence du cuivre, sont insérées dans les deuxièmes compartiments 8, et le deuxième matériau, de préférence de l'aluminium, est injecté dans les premiers compartiments 6. Une telle machine convient plus particulièrement à une application à vitesse variable, dans laquelle 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 permet d'éviter le passage de l'aluminium dans la fente 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 réchauffement. De plus, la présence d'une barre dans la partie supérieure de l'encoche empêche le deuxième matériau de couler dans l'ouverture éventuelle de l'encoche du côté de l'entrefer lors de l'injection.
Dans la variante illustrée à la figure 6, les deuxièmes compartiments 8 débouchent chacun par une ouverture 18 dans l'entrefer. L'ouverture 18 présente la forme d'une fente étroite. Les fentes 18 permettent de réduire les pertes électriques.
Dans les variantes illustrées aux figures 4 et 5, les premiers et deuxièmes compartiments sont séparés par des avancées 15 a, qui se font face et qui font saillie par rapport aux bords 4a de l'encoche. Ces avancées définissent entre elles un canal étroit 16, dont la largeur d est inférieure à 0,6 mm et la hauteur H est inférieure à 2mm. Un canal 16 de telles dimensions permet d'empêcher l'aluminium, lors de l'injection, de s'étendre jusqu'aux barres de cuivre.
Dans la variante de la figure 4, le deuxième compartiment 8 comporte deux côtés opposés 8a dans le prolongement des côtés opposés 6a du premier compartiment 6 qui sont orientés sensiblement radialement. Le premier compartiment 6 présente un contour rectiligne au niveau des avancées 15 a.
Dans la variante de la figure 5, le deuxième compartiment 8 a une forme circulaire dont le diamètre a est strictement inférieur à la largeur b du premier compartiment 6 sur la majeure partie de la longueur / de l'encoche 4. Le premier compartiment 6 présente un contour arrondi au niveau des avancées 15 a.
Encoches avec reliefs de friction
Certaines encoches peuvent présenter des reliefs de friction 5 agencés pour retenir par friction les barres 10.
Comme illustré aux figures 7A et 7B, 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'étendent sensiblement radialement et les barres conductrices 10 viennent en appui contre ces reliefs 5 par deux faces principales 11 opposées. Les reliefs 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 0,4 mm, par exemple de 0,3mm, et le rayon de courbure R à leur sommet est par exemple compris entre 0,4 et 0,6mm, par exemple de 0,5mm, comme illustré à la figure 7A.
Toutes les tôles du paquet peuvent être identiques ou non.
Reliefs de blocage
Comme illustré à la figure 7B, au moins une tôle du paquet peut présenter au moins un relief de blocage 31 venant en appui contre une face d'extrémité radialement intérieure 13 d'une barre correspondante. Ce relief de blocage 31 est 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 aux figures 8A et 8C, 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.
Nombre de barres inférieur au nombre d'encoches
Les barres peuvent être reçues dans une partie seulement des encoches.
L'absence de barres dans certaines encoches permet de conserver une section totale plus importante pour le passage de l'aluminium injecté, et ainsi de faciliter le remplissage de la bague arrière lorsque l'injection se fait par l'avant.
II est possible, en choisissant le nombre de barres rajoutées, d'optimiser l'accroissement des performances au regard du coût de la machine, le cuivre étant plus coûteux que l'aluminium.
Ainsi, le rotor peut comporter dans certaines variantes plus d'encoches avec des barres que d'encoches sans barres. Dans d'autres variantes, c'est le contraire et le rotor comporte plus d'encoches sans barres qu'avec barres.
De multiples dispositions des barres au sein des encoches sont possibles. Par exemple, on peut faire alterner dans le sens circonférentiel une encoche sans barre et une encoche avec barre. On peut également faire alterner de façon plus générale ni encoches sans barre avec n2 encoches avec barre, ni et n2 étant des entiers strictement supérieurs à 1.
Encoches secondaires
Comme illustré aux figures 9A et 9B, 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 9 A.
Dans la variante illustrée à la figure 9B, 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 ni 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 du centre du paquet de tôles, supérieure à celle d'une encoche principale 4.
Goupilles de blocage
Dans une variante, la machine comporte des goupilles 70 insérées dans les compartiments au contact des barres 10.
Comme illustré aux figures 8A à 8C, 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 leur insertion.
Tôles de garde
Le paquet peut comporter comme illustré à la figure 10, au moins une tôle de garde 1 10 à l'une au moins de ses extrémités axiales, de préférence à chaque extrémité du paquet 2 de tôles 1 13.
Ces tôles de garde 1 10 sont configurées pour permettre d'une part l'injection d'aluminium dans les encoches 4 du paquet 2 de tôles magnétiques 1 13 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 1 10.
Ces tôles de garde 1 10 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 1 10 peuvent être réalisées avec des ajours 220 qui permettent l'injection à travers la tôle de garde 1 10 du deuxième matériau 20 dans le paquet
2 de tôles 1 13. La ou les tôles de garde 1 10 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 encoches 4 et, le cas échéant, 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 pour machine électrique tournante, comportant :
- un paquet (2) de tôles magnétiques (13) comportant des encoches (4) formées par des ajours (3) des tôles magnétiques (2), des reliefs de séparation (15) s'étendant au sein des ajours (3) et séparant chaque encoche (4) en un premier et un deuxième compartiment (7, 8) distinct du premier, les premiers compartiments (7) étant radialement intérieurs aux seconds compartiments (8),
- un premier matériau conducteur étant disposé dans les premiers compartiments (7) d'une partie au moins des encoches (4),
- un deuxième matériau électriquement conducteur, différent du premier, étant disposé dans les deuxièmes compartiments (8) de ces encoches (4), les reliefs de séparation (15) qui s'étendent au sein des ajours (3) empêchant les premier et deuxième matériaux de venir en contact.
les reliefs de séparation (15) étant des ponts de matière, ou des avancées disposées en regard l'une de l'autre et ménageant entre elles un canal suffisamment étroit pour empêcher un contact entre les premier et deuxième matériaux.
2. Rotor selon la revendication 1, les reliefs de séparation (15) étant des avancées disposées en regard l'une de l'autre et ménageant entre elles un canal étroit (16), dont la largeur d est inférieure à 0,6 mm et la hauteur H est inférieure à 2mm.
3. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, le premier matériau conducteur étant sous forme de barres insérées dans les premiers compartiments.
4. Rotor selon la revendication 3, le premier matériau étant du cuivre.
5. Rotor selon l'une des revendications 3 et 4, le deuxième matériau étant injecté dans les deuxièmes compartiments (8).
6. Rotor selon la revendication 5, le deuxième matériau étant de l'aluminium.
7. Rotor selon la revendication 1, le premier matériau conducteur étant sous forme de barres (10) insérées dans les deuxièmes compartiments (8).
8. Rotor selon la revendication 7, le premier matériau étant du cuivre.
9. Rotor selon l'une des revendications 7 et 8, le deuxième matériau étant injecté dans les premiers compartiments (7).
10. Rotor selon la revendication 9, le deuxième matériau étant de l'aluminium.
11. Rotor selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, les deuxièmes compartiments débouchant par des ouvertures (18), notamment sous la forme de fentes, dans l'entrefer.
12. Machine électrique tournante, comportant un rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes.
13. Procédé de commande d'une machine selon la revendication 12 prise en combinaison avec les revendications 3 à 6, dans lequel la machine est alimentée par un courant de fréquence fixe.
14. Procédé de commande d'une machine selon la revendication 12 prise en combinaison avec les revendications 7 à 11 , dans lequel la machine est alimentée par un courant de fréquence variable.
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