EP3314729A1 - Machine electrique tournante avec un rotor limitant les pertes de flux magnetique, notamment moteur electrique - Google Patents

Machine electrique tournante avec un rotor limitant les pertes de flux magnetique, notamment moteur electrique

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Publication number
EP3314729A1
EP3314729A1 EP16732638.8A EP16732638A EP3314729A1 EP 3314729 A1 EP3314729 A1 EP 3314729A1 EP 16732638 A EP16732638 A EP 16732638A EP 3314729 A1 EP3314729 A1 EP 3314729A1
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EP
European Patent Office
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rotor
magnetic flux
electrical machine
sheets
bridge
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16732638.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Wissam DIB
Fabien DESARNAUD
Luca FAVRE
Davide Bettoni
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.)
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Mavel SRL
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Mavel SRL
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Filing date
Publication date
Application filed by IFP Energies Nouvelles IFPEN, Mavel SRL filed Critical IFP Energies Nouvelles IFPEN
Publication of EP3314729A1 publication Critical patent/EP3314729A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
    • H02K1/2773—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect consisting of tangentially magnetized radial magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H02K15/03—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies having permanent magnets

Definitions

  • Rotating electric machine with a rotor limiting the magnetic flux losses, in particular electric motor.
  • the present invention relates to a rotating electrical machine comprising a rotor housed in a stator and more particularly an electric motor.
  • the rotor is formed of a rotor body carrying magnetic flux generators, such as permanent magnets, and supported by a rotor shaft.
  • This rotor is generally housed inside a stator which carries electrical windings (or armature coils) for generating a magnetic field for rotating the rotor in association with the magnetic field generated by the magnets.
  • the magnets are placed in closed radial housings evenly distributed circumferentially and extending throughout the axial dimension of the rotor body.
  • These housings delimit between them radial polar expansions that can channel the magnetic flux from the magnets.
  • the magnetic flux is not completely channeled by the polar expansions and there are still flux losses at the outer periphery of the rotor and more particularly at the outer ends of these expansions.
  • the present invention proposes to overcome the aforementioned drawbacks by means of an electric machine whose flow losses are minimized at the level of the rotor.
  • the present invention relates to an electric machine comprising a rotor and a stator, said rotor being formed of a rotor body with a stack of sheets and placed on a rotor shaft, said sheets having housing receiving generators magnetic flux and polar expansions located between the outer and inner edge of said sheets, characterized in that the pole expansions are connected by a connection bridge with the inner edge of said sheets.
  • the sheets may comprise a connecting surface between the bridge and the inner edge.
  • the bridge may comprise a circumferential dimension smaller than the circumferential dimension of the polar expansion.
  • the bridge may comprise a circumferential dimension corresponding to about 10% of the circumferential dimension of the polar expansion.
  • the bridge may comprise a dimension in height corresponding to approximately 10% of the height considered between the outer and inner edge of said sheets.
  • the sheets may include an air space between two successive polar expansions and facing the housing.
  • FIG. 2 which is a schematic view of an element of the rotor of FIG. 1, and
  • a rotating electrical machine here an electric motor, comprises a rotor 10 and a stator 12 which, when mounted, are nested one inside the other while being coaxial while leaving the rotor free. in rotation.
  • the rotor comprises, in a manner known per se, a shaft 14 on which is placed a stack of identical flat ferromagnetic sheets 16, which are joined to each other by any known means to form a rotor body 18.
  • This rotor carries magnetic flux generators, here permanent magnets 20, which are, in the example shown, in the form of a bar of length substantially equal to the length of the stack of sheets.
  • the stator also comprises a stack of identical flat ferromagnetic plates 22 which are interconnected by any known means, such as threaded tie rods 24, to form a tubular stator body 26.
  • the annular periphery of the stator body comprises a plurality of radial notches of substantially rectangular section 28 open towards the central portion of this stator and extending throughout the periphery of the tubular stator. These notches are provided to receive the armature coils 30 which are fixed by any known means.
  • Figures 2 and 3 which illustrate the configuration of a rotor plate 1 6.
  • This sheet has a substantially annular configuration with a central bore 32, which receives the rotor shaft, and a planar peripheral surface ring 34 with an outer peripheral edge 36 and an inner periphery edge 38.
  • the annular flat surface carries a succession of substantially rectangular radial housings 40 which are regularly distributed circumferentially on this surface for the reception of permanent magnets. These dwellings thus delimit between them radial polar expansions 42.
  • the housings have a lower edge 44 at a distance from the inner edge 38 of the planar peripheral surface and an upper edge 46 spaced from the outer edge 36 of this planar peripheral surface.
  • the polar expansions are connected to a connecting surface 47 between the inner edge 38 and the bottom 44 by a connecting bridge 48 of smaller circumferential dimension D pc than the smallest circumferential dimension D ep of the polar expansion and radial height H p corresponding to approximately 12% of the height of the flat surface 34 considered between the edges 36 and 38.
  • the circumferential dimension D pc is about 10% of that of D ep .
  • the bridge 38 comprises a radial bar 50 with a curved connection section 52 connecting the bar to the inner edge 44 of the housing which it is contiguous.
  • this bridge comprises two convex surfaces 54 making it possible to connect this bridge to the radial edges 56 of the polar expansion, thus forming a spout 58 in the direction of the housing.
  • this bridge makes it possible to form inverted T-shaped housings whose horizontal bar of the T is formed by the inner edge 44 and the convex surfaces 54 of two neighboring polar expansions and whose vertical bar is delimited. by the radial edges 56 of these polar expansions and the outer edge 46 of the housing.
  • the circumferential dimension D pc is considered at the level of the bar 50
  • the circumferential dimension D ep is considered at the tip of the beaks 58
  • the height H p is taken between the top of the convex surface 54 and the inner edge 44 of the housing 40.
  • the zone between the outer peripheral edge 36 and the outer edge 46 of the housing comprises a space 60, said air space.
  • the permanent magnets are slid into the cavity thus formed by the housing and fixed by all known means.
  • the rotor shaft is then mounted in the rotor body, then the assembly is housed in the stator to produce an electrical machine with the necessary elements, such as the collector, the connection flanges, ...
  • the air space 60 between the polar expansions interrupts the transmission of the magnetic flux between two neighboring expansions, which can only limit the flow losses.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

La présente invention concerne une machine électrique comprenant un rotor (10) et un stator (12), ledit rotor étant formé d'un corps de rotor (18) avec un empilage de tôles (16) et placé sur un arbre de rotor (14), lesdites tôles comportant des logements (40) de réception de générateurs de flux magnétique (20) et des expansions polaires (42) situées entre le bord externe (36) et interne (38) desdites tôles. Selon l'invention, les expansions polaires (42) sont reliées par un pont de connexion (48) avec le bord interne (38) desdites tôles.

Description

Machine électrique tournante avec un rotor limitant les pertes de flux magnétique, notamment moteur électrique.
La présente invention se rapporte à une machine électrique tournante comprenant un rotor logé dans un stator et plus particulièrement un moteur électrique.
Généralement, le rotor est formé d'un corps de rotor portant des générateurs de flux magnétique, tels que des aimants permanents, et supporté par un arbre de rotor.
Ce rotor est généralement logé à l'intérieur d'un stator qui porte des enroulements électriques (ou bobinages d'induit) permettant de générer un champ magnétique permettant d'entraîner en rotation le rotor en association avec le champ magnétique généré par les aimants. Comme cela est connu, les aimants sont placés dans des logements radiaux fermés régulièrement répartis circonférentiellement et s'étendant tout au long de la dimension axiale du corps de rotor.
Ces logements délimitent ainsi entre eux des expansions polaires radiales qui permettent de canaliser le flux magnétique provenant des aimants.
Cette disposition bien que donnant satisfaction présente néanmoins des inconvénients non négligeables.
En effet, le flux magnétique n'est pas totalement canaliser par les expansions polaires et il subsiste des pertes de flux au niveau de la périphérie externe du rotor et plus particulièrement au niveau des extrémités externes de ces expansions.
Egalement, il subsiste des pertes de flux magnétique au niveau de la liaison des expansions polaires avec l'arbre de rotor. A cause de ces différentes pertes, la machine électrique ne peut pas réaliser les performances requises. Il est donc nécessaire de modifier le dimensionnement du rotor et/ou augmenter la génération de flux magnétique des aimants pour obtenir les performances souhaitées. La présente invention se propose de remédier aux inconvénients précités grâce à une machine électrique dont les pertes de flux sont minimisées au niveau du rotor.
A cet effet, la présente invention concerne une machine électrique comprenant un rotor et un stator, ledit rotor étant formé d'un corps de rotor avec un empilage de tôles et placé sur un arbre de rotor, lesdites tôles comportant des logements de réception de générateurs de flux magnétique et des expansions polaires situées entre le bord externe et interne desdites tôles, caractérisé en ce que les expansions polaires sont reliées par un pont de connexion avec le bord interne desdites tôles.
Les tôles peuvent comprendre une surface de liaison entre le pont et le bord interne. Le pont peut comprendre une dimension circonférentielle plus petite que la dimension circonférentielle de l'expansion polaire.
Le pont peut comprendre une dimension circonférentielle correspondant à environ 10% de la dimension circonférentielle de l'expansion polaire.
Le pont peut comprendre une dimension en hauteur correspondant à environ 10% de la hauteur considérée entre le bord externe et interne desdites tôles.
Les tôles peuvent comprendre un espace d'air entre deux expansions polaires successives et en regard du logement.
Les autres caractéristiques et avantages de l'invention vont apparaître maintenant à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre uniquement illustratif et non limitatif, et à laquelle sont annexées : - la figure 1 qui est une vue en perspective du rotor et du stator de la machine électrique selon l'invention,
- la figure 2 qui est une vue schématique d'un élément du rotor de la figure 1 , et
- la figure 3 qui est une vue à plus grande échelle d'un détail du rotor selon le cercle A de la figure 2.
Comme illustré sur la figure 1 une machine électrique tournante, ici un moteur électrique, comporte un rotor 10 et un stator 12 qui, à l'état monté, sont imbriqués l'un dans l'autre en étant coaxiaux tout en laissant le rotor libre en rotation.
Le rotor comporte, de manière connue en soi, un arbre 14 sur lequel est placé un empilage de tôles ferromagnétiques planes identiques 1 6, qui sont assemblées les unes aux autres par tous moyens connus pour former un corps de rotor 18.
Ce rotor porte des générateurs de flux magnétique, ici des aimants permanents 20, qui sont, dans l'exemple illustré, sous forme de barreau de longueur sensiblement égale à la longueur de l'empilage de tôles.
Le stator comporte également un empilage de tôles ferromagnétiques planes identiques 22 qui sont reliées entre elles par tous moyens connus, comme des tirants filetés 24, pour former un corps de stator tubulaire 26.
La périphérie annulaire du corps de stator comprend une pluralité d'encoches radiales de section sensiblement rectangulaire 28 ouvertes en direction de la partie centrale de ce stator et s'étendant tout au long de la périphérie du stator tubulaire. Ces encoches sont prévues pour recevoir les bobinages d'induit 30 qui y sont fixés par tous moyens connus. On se rapporte maintenant en plus aux figures 2 et 3 qui illustrent la configuration d'une tôle de rotor 1 6.
Cette tôle présente une configuration sensiblement annulaire avec un alésage central 32, qui reçoit l'arbre de rotor, et une surface périphérique plane annulaire 34 avec un bord périphérique externe 36 et un bord périphérie interne 38.
La surface plane annulaire porte une succession de logements radiaux 40 sensiblement rectangulaires qui sont régulièrement répartis circonférentiellement sur cette surface pour la réception des aimants permanents. Ces logements délimitent ainsi entre eux des expansions polaires radiales 42.
Les logements présentent un bord inférieur 44 à distance du bord interne 38 de la surface périphérique plane et un bord supérieur 46 à distance du bord externe 36 de cette surface périphérique plane.
Les expansions polaires sont raccordées à une surface de liaison 47 entre le bord interne 38 et le fond 44 par un pont de connexion 48 de plus faible dimension circonférentielle Dpc que la plus faible dimension circonférentielle Dep de l'expansion polaire et de hauteur radiale Hp correspondant à environ 12% de la hauteur de la surface plane 34 considéré entre les bords 36 et 38.
De manière préférentielle, la dimension circonférentielle Dpc est d'environ 10% de celle de Dep.
En se rapportant plus précisément à la figure 3, le pont 38 comprend une barrette radiale 50 avec un tronçon de raccordement courbe 52 reliant cette barrette au bord interne 44 des logements dont elle est contiguë.
Avantageusement, ce pont comporte deux surfaces convexes 54 permettant de relier ce pont aux bords radiaux 56 de l'expansion polaire en formant ainsi un bec 58 en direction du logement.
Comme cela est visible sur les figures, ce pont permet de constituer des logements en forme de T inversé dont la barre horizontale du T est formée par le bord interne 44 et les surfaces convexes 54 de deux expansions polaires voisines et dont la barre verticale est délimitée par les bords radiaux 56 de ces expansions polaires et le bord extérieur 46 du logement.
Comme mieux illustré sur la figure 3, la dimension circonférentielle Dpc est considérée au niveau de la barrette 50, la dimension circonférentielle Dep est considérée au niveau de la pointe des becs 58 et la hauteur Hp est prise entre le sommet de la surface convexe 54 et le bord interne 44 du logement 40.
Avantageusement, la zone comprise entre le bord périphérique externe 36 et le bord externe 46 du logement comporte un espace 60, dit espace d'air.
Une fois l'empilage et la fixation des tôles réalisés pour obtenir la longueur souhaitée du corps de rotor en juxtaposant les logements et les expansions polaires les uns aux autres, les aimants permanents sont glissés dans la cavité ainsi formé par les logements et fixés par tous moyens connus.
L'arbre de rotor est alors monté dans le corps de rotor, puis l'ensemble est logé dans le stator pour réaliser une machine électrique avec les éléments nécessaires, comme le collecteur, les brides de raccordement,...
Lors du fonctionnement de la machine électrique et grâce à la faible dimension circonférentielle et la faible hauteur du pont 48, celui-ci est rapidement saturé en flux magnétique et les pertes de flux sont alors limitées.
De plus, l'espace d'air 60 entre les expansions polaires interrompt la transmission du flux magnétique entre deux expansions voisines, ce qui ne peut que limiter les pertes de flux.
Bien entendu, il est à la portée de l'homme du métier de concevoir le pont en tenant compte de différentes contraintes, comme la force centrifuge du rotor, la force magnétique provenant des aimants et la force d'attraction magnétique entre le rotor et le stator.

Claims

REVENDICATIONS
1 ) Machine électrique comprenant un rotor (10) et un stator (12), ledit rotor étant formé d'un corps de rotor (18) avec un empilage de tôles (1 6) et placé sur un arbre de rotor (14), lesdites tôles comportant des logements (40) de réception de générateurs de flux magnétique (20) et des expansions polaires (42) situées entre le bord externe (36) et interne (38) desdites tôles, caractérisé en ce que les expansions polaires (42) sont reliées par un pont de connexion (48) avec le bord interne (38) desdites tôles.
2) Machine électrique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les tôles comprennent une surface de liaison (47) entre le pont (48) et le bord interne (38). 3) Machine électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le pont comprend une dimension circonférentielle (Dpc) plus petite que la dimension circonférentielle (Dep) de l'expansion polaire.
4) Machine électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pont comprend une dimension circonférentielle (Dpc) correspondant à environ 10% de la dimension circonférentielle (Dep) de l'expansion polaire.
5) Machine électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pont comprend une dimension en hauteur (Hp) correspondant à environ 10% de la hauteur considérée entre le bord externe (36) et interne (38) desdites tôles.
6) Machine électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tôles comprennent un espace d'air (60) entre deux expansions polaires successives et en regard du logement (40).
EP16732638.8A 2015-06-29 2016-06-28 Machine electrique tournante avec un rotor limitant les pertes de flux magnetique, notamment moteur electrique Withdrawn EP3314729A1 (fr)

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EP3314729A1 true EP3314729A1 (fr) 2018-05-02

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