EP-4199312-B1 - FOIL-WOUND ROTOR FOR ELECTRIC MACHINES

Inventors

• TOUZET, ERIC
• GERMAIN, Fabrice
• BOUTON, Mathieu
• LOUVIOT, Rémi
• DUMONT, PHILIPPE
• STRIM, Sébastien

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20221205

Claims (5)

1. Rotor (1) for a rotating electrical machine comprising: - a plurality of poles (22a, 22b) which each extend along a first radial axis (A1a, A1b) relative to a rotation axis of rotation of the rotor (1) and along a second axis (A2) parallel with the rotor (1) relative to the rotation axis of the rotor (1), each pole (22) comprising a pole body (220), - one rotor winding (222) per pole (22), positioned against the body (220) of the pole (22), the rotor winding (222) being in the form of a strip which extends over the length (L) of the pole body (220) along the first axis (A1) which is radially wound against the pole body (220), - a plurality of closure wedges (4), a closure wedge (4) from the plurality of closure wedges (4) being in the form of a "V" and being in contact with a rotor winding (222) which is associated with a pole body (220), the closure wedge (4) being configured to apply pressure to the rotor winding (222) in the direction of the pole body (220), characterized in that the closure wedge (4) comprises an inlet opening (42) which is positioned along a first end (420) of the closure wedge (4) along the second axis (A2), a first discharge opening (44A) positioned along a second end (440) of the closure wedge (4) along the second axis (A2), which is different from the first end (420) and a second discharge opening (44B) which is positioned along the second end (440) of the closure wedge (4) along the second axis (A2), the inlet opening (42) being connected to the first discharge opening (44A) and to the second discharge opening (44B) along a conduit network (48) which is intended to circulate a cooling fluid in the closure wedge (4), the conduit network (48) having a serpentine shape and successively assuming a shape of a straight line (480) and a shape of a curve (482).
2. Rotor (1) of a rotating electrical machine according to claim 1, wherein the rotor winding (222) is a strip of oxidized aluminum.
3. Rotor (1) of a rotating electrical machine according to claim 1, wherein the rotor winding (222) is a strip of copper.
4. Rotor (1) of a rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 3, wherein the closure wedge (4) is a "V" which extends along two secant planes (P1, P2), of which a first plane (P1) of the two planes is in contact with the rotor winding (222A) of a first pole (22A) of the plurality of poles (22) and of which a second plane (P2) of the two planes is in contact with the rotor winding (222B) of a second pole (22B) of the plurality of poles (22), the second pole (22B) being adjacent to the first pole (22A).
5. Rotating electrical machine comprising the rotor (1) according to any one of the preceding claims, the rotor winding (222) of the pole (22) being electrically connected to an electrical supply source (80), via electrical connections (6), the electrical connections (6) being obtained by means of cold pressure welding, friction stir welding, pressure soldering or pressure welding, the electrical power supply source (80) being made of copper.

Description

L'invention concerne le domaine du bobinage des rotors et plus particulièrement le bobinage des rotors multi-pôles comprenant quatre pôles. Plus précisément, l'invention a trait à un enroulement de conducteurs dans un matériau innovant permettant un gain de masse. Cette problématique de gain de masse est particulièrement intéressante pour le domaine des machines électriques tournantes avionnées où la masse est un réel enjeu. Néanmoins, l'invention peut être applicable dans tout domaine des machines électriques tournantes où le gain de masse de la machine est ciblé. L'invention a également trait à un dispositif de refroidissement du bobinage des rotors selon l'invention améliorant l'extraction thermique en provenance du bobinage des rotors. Les machines électriques tournantes comportent généralement un stator et un rotor couplés électromagnétiquement, le rotor étant entraîné en rotation par l'intermédiaire du stator immobile. Le rotor peut comprendre un ou plusieurs pôles s'étendant radialement par rapport au rotor et peut comprendre un ou plusieurs enroulements de bobine montés sur le pôle de rotor. Les enroulements de bobine en cuivre sont couramment utilisés dans les rotors des machines électriques synchrones. En effet, les caractéristiques physiques du cuivre, et particulièrement sa faible résistance électrique en font un excellent conducteur électrique dans le cas d'induction électrique d'une machine électrique tournante. Dès lors, les enroulements de cuivre prennent la forme de fins fils de cuivre s'enroulant autour de chaque pôle de sorte à générer des spires. Néanmoins, la masse actuelle des conducteurs en fils de cuivre émaillés est pénalisante pour des rotors à pôles saillants haute vitesse. En effet, les rotors bobinés avec du fil de cuivre limite, de par leur masse, les vitesses de rotor limitant ainsi les performances électriques des alternateurs et moteurs. Or, pour des machines électriques avionnées, l'augmentation de masse pour augmenter la puissance est coûteuse et problématique, puisque cette augmentation de masse limite la vitesse de rotation, permettant également d'optimiser le rendement. De plus, la résistance électrique des enroulements en cuivre (bien que faible par les mesures conventionnelles) est suffisante pour contribuer à un échauffement substantiel du rotor et diminuer le rendement énergétique de la machine. Or, rechercher l'allègement des enroulements autour des pôles pour induire une augmentation de la vitesse de rotation du rotor et donc une augmentation de l'induction électrique amène également à une augmentation de l'échauffement subi par l'enroulement. Des documents traitent ainsi du problème de la gestion thermique dans le rotor comme par exemple les documents DE 28 26 607 A1, GB 1 046 145 A ou encore EP 3 509 193 A1 sans pour autant déterminer une solution présentant des caractéristiques suffisantes en termes d'évacuation de la chaleur. L'invention vise à pallier tout ou partie des problèmes cités plus haut en proposant un remplacement de l'enroulement en cuivre par un feuillard aluminium oxydé permettant d'alléger le pôle et donc le rotor et d'avoir un meilleur remplissage du pôle par l'absence d'espace entre chaque couche du conducteur. En outre, la surface d'échange thermique entre spires est plus grande avec du feuillard, comportant une surface planaire, qu'avec du fil. L'invention propose également une cale ayant la forme d'un vé permettant l'extraction de chaleur en provenance des enroulements de feuillard. A cet effet, l'invention a pour objet un rotor de machine électrique tournante selon la revendication 1. Le rotor comprend notamment : une pluralité de pôles s'étendant chacun selon un premier axe radial par rapport au rotor et selon un deuxième axe parallèle au rotor par rapport au rotor, chaque pôle comprenant un corps de pôle,un enroulement de rotor par pôle, positionné contre le corps du pôle, l'enroulement de rotor prenant la forme d'un feuillard s'étendant sur la longueur dudit corps de pôle selon le premier axe radial enroulé contre le corps de pôle,une pluralité de cales de fermeture, une cale de fermeture de la pluralité de cales de fermeture étant en contact avec un enroulement de rotor associéà un corps de pôle, ladite cale de fermeture étant configurée pour exercer une pression sur ledit enroulement de rotor en direction dudit corps de pôle. Selon un aspect de l'invention, l'enroulement de rotor est un feuillard d'aluminium oxydé. Selon un aspect de l'invention, l'enroulement de rotor est un feuillard de cuivre. Selon un aspect de l'invention, la cale de fermeture est un vé s'étendant selon deux plans sécants dont un premier plan des deux plans est en contact avec l'enroulement de rotor d'un premier pôle de la pluralité de pôles et dont un deuxième plan des deux plans est en contact avec l'enroulement de rotor d'un deuxième pôle de la pluralité de pôle, le deuxième pôle étant adjacent au premier pôle. Selon un aspect de l'invention, le vé comprend un