EP4627700A1 - Rotor pour machine electrique comprenant au moins deux barrieres de flux avec des lignes medianes concaves - Google Patents

Rotor pour machine electrique comprenant au moins deux barrieres de flux avec des lignes medianes concaves

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Publication number
EP4627700A1
EP4627700A1 EP23812857.3A EP23812857A EP4627700A1 EP 4627700 A1 EP4627700 A1 EP 4627700A1 EP 23812857 A EP23812857 A EP 23812857A EP 4627700 A1 EP4627700 A1 EP 4627700A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
int
barrier
internal
recesses
Prior art date
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Pending
Application number
EP23812857.3A
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German (de)
English (en)
Inventor
Baptiste CHAREYRON
Andre Nasr
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
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles IFPEN
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Filing date
Publication date
Priority claimed from FR2212580A external-priority patent/FR3142621A1/fr
Application filed by IFP Energies Nouvelles IFPEN filed Critical IFP Energies Nouvelles IFPEN
Publication of EP4627700A1 publication Critical patent/EP4627700A1/fr
Pending 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
    • 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 a synchro-reluctant rotating electric machine (assisted by permanent magnets) and more particularly concerns the particular architecture of a rotor of such a machine.
  • such an electric machine comprises a stator and a rotor arranged coaxially one inside the other.
  • the rotor consists of a rotor body with a stack of sheets placed on a rotor shaft. These sheets include housings for permanent magnets and perforations to create flux barriers making it possible to radially direct the magnetic flux from the magnets towards the stator and to promote the creation of a reluctant torque, and to lighten this rotor to reduce the centrifugal forces that the stack of sheet metal must withstand.
  • This rotor is generally housed inside a stator which carries electrical windings making it possible to generate a magnetic field making it possible to rotate the rotor.
  • the rotor of a synchro-reluctant machine comprises a plurality of axial recesses which pass through the sheets from side to side.
  • a first series of axial recesses arranged radially above each other and at a distance from each other, form housings for magnetic flux generators, here magnets permanent in the form of a rectangular bar.
  • the other series of recesses consists of perforations with an inclined radial direction, which start from these housings to arrive near the edge of the sheets, near the air gap.
  • the inclined perforations are arranged symmetrically in relation to the housings of the magnets so as to each time form a geometric figure substantially in the shape of a V with a flattened bottom with the flat bottom formed by the housing of the magnets and with the inclined arms of this V formed by the perforations. This creates flow barriers formed by the perforations.
  • the magnetic flux coming from the permanent magnets can then only pass through the solid parts between the perforations. These solid parts are made of a ferromagnetic material.
  • the technical problem that we propose to solve consists of improving the performance of electrical machines by increasing the share of synchro-reluctance in the torque (we therefore seek to maximize the reluctant torque), and if possible by minimizing the quantity of permanent magnets required.
  • the invention relates to a rotor for an electric machine comprising:
  • a rotor body formed by a stack of sheets, preferably configured to be positioned on a rotor shaft, the rotor body being defined by a cylindrical internal surface of internal diameter and by a cylindrical external surface of external diameter and
  • each magnetic pole comprising at least two flux barriers located radially one above the other, each flux barrier comprising at least one recess, each magnetic pole comprising at least one permanent magnet in a recess.
  • the center lines of the first and second flux barriers of each magnetic pole starting from the center towards the outside of the rotor, are concave lines without discontinuities. In cross section, each center line intersects the cylindrical outer surface of the rotor body at two end points, and includes a radial axis of symmetry.
  • the radial straight line passing through each end point of the center line of the first flow barrier forms an angle between 21°/(2*p) and 31°/(2*p) with the radial plane of nearest separation and the radial line passing through each end point of the center line of the second flow barrier forms an angle between 57°/(2*p) and 67°/(2*p) with the plane nearest separation radial.
  • the first barrier comprises three permanent magnets, one in each recess, in which the second flux barrier comprises two permanent magnets, one in each lateral recess and the third and possible fourth flux barriers do not comprise permanent magnets.
  • each magnetic pole includes at least one permanent magnet in a recess.
  • the outer diameter of the rotor body is twice the outer radius of the rotor body; the inner diameter of the rotor body is twice the inner radius of the rotor body.
  • the center lines of the first and second flux barriers of each magnetic pole are concave lines without discontinuities.
  • center line a line which is equidistant from the edges of the flow barrier (which respectively face the center and the periphery of the rotor), this center line is defined in a cross section of the rotor (i.e. i.e. in a plane perpendicular to the axis of the rotor).
  • the first flux barrier starting from the center (of the axis) towards the outside of the rotor, corresponds to the internal flux barrier, that is to say the one which is closest to the axis of the rotor.
  • the second flux barrier starting from the center (of the axis) towards the outside of the rotor, therefore corresponds to the next flux barrier closest to the rotor axis, after the first flux barrier.
  • line “without discontinuities” we mean that the line concerned is entirely differentiable and that there does not exist a point where the derivative on one side of the point is not equal to the derivative on the other side of the point .
  • the center line also crosses the magnetic bridge. In other words, a magnetic bridge does not form a centerline discontinuity.
  • all the flow barriers of the rotor can have concave center lines without discontinuities.
  • each centerline intersects the cylindrical outer surface of the rotor body (it intersects the rotor body on its outer diameter) at two end points.
  • the first center line intersects the circle representing the outer surface of the rotor body (cylindrical outer surface) at said two first end points.
  • each centerline includes a radial axis of symmetry, the intersection of each centerline and its axis of symmetry being an internal point at a distance corresponding to an internal radius of the center (of the axis) of said rotor body .
  • the tangent to the midline is perpendicular to the radial axis of symmetry.
  • the center line has no discontinuities at the internal point, the derivative on one side of the center line then being equal to the derivative on the other side of the center line. Symmetry allows optimization of the mechanical performance of the electrical machine.
  • the internal radius Ri1 of the internal point of the center line of the first barrier satisfies R int + (R ext - R int ) ⁇ (0.105 ⁇ p + 0.147 - 0.05) ⁇ RU ⁇ R int + ( R ext - R int ) ⁇ (0.105 ⁇ p + 0.147 + 0.05) (for example in millimeters) and the internal radius Ri2 of the internal point of the center line of the second barrier satisfies R int + (R ext - R int ) ⁇ (0.066 ⁇ p + 0.519 - 0.05) ⁇ R12 ⁇ R int + (R ext - R int ) ⁇ (0.066 ⁇ p + 0.519 + 0.05) (for example in millimeter) with p the number of pairs of magnetic poles, R ex t being the external radius of the rotor body, corresponding to half the external diameter of the rotor body, R int being the internal radius
  • the radial straight line passing through each end point of the center line of the first flow barrier can form an angle of between 21°/(2*p) and 31°/(2*p) with the radial plane nearest separation, p being the number of pairs of magnetic poles, and the radial line passing through each end point of the center line of the second flux barrier can form an angle between 57°/(2*p ) and 67°/(2*p) with the nearest radial plane of separation.
  • the specific positioning of these end points makes it possible to improve the effect of the flow barriers and to increase the reluctance torque.
  • each flux barrier may comprise zero, one, two or three permanent magnets.
  • one flux barrier may include three permanent magnets and another flux barrier may include a single magnet.
  • the rotor can be adapted to different intended operating or application conditions.
  • the permanent magnet(s) may have a curved shape adapted to the shape of the recesses of the flow barriers. Thanks to this shape adapted to the recesses of the flow barriers, it is possible to optimize the quantity of permanent magnets in the curved recesses, which makes it possible to increase the performance of the electrical machine.
  • the use of curved magnets adapted to the shape of the recesses makes it possible to increase the reluctance torque while the use of prismatic or rectangular bar-shaped magnets according to the prior art results in a reduction in the reluctance torque due to the unsuitable shape.
  • the curved magnets can in particular be obtained for example by machining or by any similar method.
  • each magnetic pole of the rotor body can comprise three or four flux barriers. Indeed, the more each magnetic pole includes flux barriers, the better the magnetic field is guided. The number of three or four barriers offers an excellent compromise between expected performance and manufacturing complexity.
  • the first and second flow barriers can each have (can include) three recesses (preferably only three recesses).
  • One of the three recesses of these first and second flow barriers is a central recess: it is positioned on the radial axis of symmetry and it is symmetrical on either side of this radial axis of symmetry.
  • the other two recesses of the first and second flow barriers are side (peripheral) recesses, a side recess on each side of the central recess.
  • the side recesses can be symmetrical with respect to each other with respect to the radial axis of symmetry.
  • the two lateral recesses are thus positioned and spaced on either side of a central recess.
  • each internal flow barrier substantially form a U (according to a section transverse to the axis of the rotor, which corresponds to the plane of a sheet constituting the rotor body), the bottom of the U being formed by the central recess , and the opposite segments of the U being formed by the lateral recesses.
  • the sheets of the rotor body can be made of ferromagnetic material so as to guide the magnetic flux created by permanent magnets and possibly the stator winding.
  • the flow barrier recesses can be obtained by perforations in the stacked laminations forming the rotor body, and the magnetic bridges are formed by the lamination itself.
  • the third flow barrier can comprise (or consist of) two recesses (which are two lateral recesses symmetrical with respect to each other with respect to the radial axis of symmetry) and the possible fourth flow barrier can also comprise (or consist of) two recesses (which are two lateral recesses symmetrical with respect to each other with respect to the radial axis of symmetry).
  • Such a rotor thus makes it possible to better guide the magnetic field towards the stator and to increase the reluctance torque.
  • the first flux barrier may comprise three (and preferably only three) permanent magnets, one in each recess, and the second flux barrier may comprise two (and preferably only two) permanent magnets, one in each side recess.
  • the third and possible fourth flux barriers do not include permanent magnets. This configuration makes it possible to maximize the torque and power density of the electric machine, by limiting the quantity of permanent magnets necessary. Limiting the number of permanent magnets also makes it possible to reduce industrial constraints on the dimensions of permanent magnets as well as the manufacturing cost.
  • said number p of pairs of magnetic poles can be between 2 and 9, preferably between 3 and 6, and is preferably 4. These numbers of magnetic poles give good performance to electrical machines.
  • the magnets can then have a suitable shape with a decreasing thickness, corresponding to the width of the recesses in which they are inserted, from the center towards the outside of the rotor body.
  • the rotor 2 comprises a rotor body defined by a cylindrical internal surface of internal radius R int and by a cylindrical external surface of external radius R ext .
  • Rotor 2 has three pairs of magnetic poles (the figure representing one third of the rotor shows two magnetic poles, rotor 2 therefore has a total of six magnetic poles).
  • Each magnetic pole of the rotor here comprises four flux barriers, located radially above each other, from the center outwards.
  • the first flow barrier that is to say the internal flow barrier closest to the axis of rotation of the rotor, is defined by the first center line L1 while the second flow barrier is defined by the second midline L2.
  • the third and fourth flow barriers are defined by the third and fourth center lines L3 and L4.
  • the first, second, third and fourth median lines L1, L2, L3 and L4 are concave and have no discontinuities.
  • the first flow barrier comprises at least three recesses: a central recess 6 and two lateral recesses 5a and 5b. In each of these recesses, a permanent magnet is placed (shown in black on one of the magnetic poles and in dark gray on the other magnetic pole).
  • the second flow barrier comprises at least 3 recesses: a central recess 8 and two lateral recesses 7a and 7b.
  • a permanent magnet is placed in each of the side recesses 7a and 7b (shown in black on one of the magnetic poles and in dark gray on the other magnetic pole).
  • the central recess 8 is left empty (without permanent magnet).
  • the third and fourth flow barrier each comprise two side recesses 9 in which no permanent magnet is placed. These flow barriers do not have a central recess.
  • the shape of the permanent magnets is adapted to the shape of the recesses while on the contrary, in the prior art, the recesses are of substantially rectangular section in order to be adapted to the substantially rectangular shape permanent magnets.
  • the permanent magnets in Figure 1 have a curved shape and follow the first and second center lines L1 and L2 of the flux barriers on which they are placed.
  • the quantity of permanent magnets is optimized and the torque and power density of the electric machine is improved.
  • Figure 2 illustrates, in a schematic and non-limiting manner, the details of the flow barriers of the rotor for an electric machine according to the invention.
  • Figure 2 illustrates a portion of a rotor body of a rotor 2 for an electric machine.
  • the rotor body is defined by a cylindrical internal surface of internal radius 3 capable of engaging on a rotor shaft and by a cylindrical external surface of external radius 4, substantially equal to the internal radius of the stator of the electric machine.
  • the first flux barrier that is to say the internal flux barrier closest to the axis of rotation of the rotor, is defined by the first center line L1.
  • the second flow barrier comprises at least 3 recesses: a central recess 8 and two lateral recesses 7a and 7b.
  • a permanent magnet is placed in each of the side recesses 7a and 7b (shown in black on one of the magnetic poles and in dark gray on the other magnetic pole).
  • the central recess 8 is left empty (without permanent magnet).
  • the third and fourth flow barriers each comprise two side recesses 9 in which no permanent magnet is placed. These flow barriers do not have a central recess.
  • the quantity of permanent magnets is optimized and the torque and power density of the electric machine is improved.
  • the first center line L1 is defined by two end points 10 and 11 located at the level of the intersection of the center line with the cylindrical external surface of the rotor body of external radius 4, according to a section in a plane orthogonal to the 'rotation axis. In fact, in such a section, the inner and outer surfaces of the rotor body are represented by circles.
  • the first center line L1 is also defined by an internal point 12 located on the radial axis of symmetry AA, this internal point being located at a distance equal to a first internal radius Ri1 from the center.
  • the center line is perpendicular to the radial axis of symmetry AA.
  • the second center line, and optionally the third center line and preferably the fourth center line are each defined by two end points located at the level of the intersection of the center line concerned with the cylindrical external surface of the rotor body, according to a section in a plane orthogonal to the axis of rotation. Indeed, in such a section, the cylindrical internal and external surfaces of the rotor body are represented by circles. The radial lines passing through the points of intersection of each median line form an angle with the nearest separation plane.
  • Each center line is also defined by an internal point located on the radial axis of symmetry AA, this internal point being located at a distance equal to an internal radius from the center.
  • the center line concerned is perpendicular to the radial axis of symmetry AA.
  • the width of the recesses could be constant from the internal point towards the end points. This configuration simplifies the manufacture of the magnets (which then have a constant thickness to adapt to the constant width of the recesses in which they are inserted).
  • the shape of the center lines, in particular the first two center lines, starting from the center outwards can be optimized.
  • the internal radius Ri 1 of the internal point of the center line of the first barrier satisfies R int + (R ext - R int ) ⁇ (0.105 ⁇ p + 0.147 - 0.05) ⁇ Ril ⁇ R int + (R ext - R int ) ⁇ (0.105 ⁇ p + 0.147 + 0.05) and when the internal radius Ri2 of the point internal of the center line of the second barrier verifies R int + R ext - R int ) ⁇ (0.066 ⁇ p + 0.519 - 0.05) ⁇ R12 ⁇ R int + R ext - R int ) ⁇ (0.066 ⁇ p + 0.519 + 0.05), p being the number of magnetic pole pairs, R ex t being the outer radius of the rotor body, R int being
  • the topology of the specific rotor of the invention, as well as of the electrical machine according to the invention, makes it possible to reduce the quantity of permanent magnets necessary and therefore of rare earths.
  • it offers the advantage of maximizing the torque per unit mass of the magnet consumed with in particular the production of reluctant torque (independent of the magnet and accounting for more than 50% of the total torque) and synchronous torque (dependent on the magnet).
  • the characteristics of the electric machine in which the rotor according to the invention and the rotor of the prior art are installed are as follows: length: 175mm rotor outer diameter: 120mm (rotor outer radius: 60mm) rotor inner diameter: 36mm (rotor radius: internal rotor: 18mm)
  • the rotor of the invention corresponds to that of Figure 1 with three pairs of magnetic poles, each magnetic pole comprising four flux barriers, the first two flux barriers, starting from the center outwards verifying the following conditions: the internal radius Ri 1 of the internal point of the center line of the first barrier satisfies Rint + C ⁇ ext — ⁇ int) ' (0.105 ⁇ p + 0.147 — 0.05) ⁇ RH ⁇ R[ n t + R e xt ⁇ in ' (0.105 ⁇ p + 0.147 + 0.05) the internal radius Ri2 of the internal point of the center line of the second barrier satisfies Rint + R ext - Rint ' (0.066 ⁇ p + 0.519 - 0.05) ⁇ R12 ⁇ R int + (R ext - R int ) ⁇ (0.066 ⁇ p + 0.519 + 0.05), p being the number of magnetic pole pairs, R ex t being the outer radius of the rotor body, R
  • the internal point of the first median line is located on an internal radius of 37.7 mm from the center;
  • the internal point of the second center line is located on an internal radius of 47.7 mm from the center;
  • the first median line is defined by two end points, the straight line passing through these end points forming an angle of 4° with the closest separation plane on each side;
  • the internal point of the first center line is located on an internal radius of 42.1 mm from the center;
  • the internal point of the second median line is located on an internal radius of 51.19 mm from the center;
  • the first median line is defined by two end points, the straight line passing through these end points forming an angle of 3.5° with the closest separation plane on each side;

Landscapes

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

Abstract

L'invention concerne un rotor (2) de machine électrique comprenant : - un corps de rotor, et - des pôles magnétiques. Les lignes médianes (L1) des premières et deuxièmes barrières de flux sont des lignes concaves sans discontinuités, et chaque ligne médiane (L1) coupe le diamètre externe (4) du corps de rotor en deux points d'extrémité (10, 11 ), et l'intersection de chaque ligne médiane (L1) et son axe de symétrie (AA) est un point interne (12) à un rayon interne du centre dudit corps de rotor, le rayon interne Ri1 du point interne (12) de la ligne médiane (L1) de la première barrière vérifiant Rint + (Rext-Rmt) ▪ (0,105 ▪ p + 0,147 - 0,05) ≤ Ril ≤ Rint + (Rext-Rmt) ▪ (0,105 ▪ p + 0,147 + 0,05) et le rayon interne Ri2 du point interne de la ligne médiane de la deuxième barrière vérifiant Rint + (Rext-Rmt) ▪ (0,066 ▪ p + 0,519 - 0,05) ≤ Ri2 ≤ Rint + (Rext-Rmt) " (0,066 ▪ p + 0,519 + 0,05), p étant le nombre de paires de pôles magnétiques Rext et Rint étant les rayons externe et interne du corps de rotor.

Description

ROTOR POUR MACHINE ELECTRIQUE COMPRENANT AU MOINS DEUX BARRIERES
DE FLUX AVEC DES LIGNES MEDIANES CONCAVES
Domaine technique
La présente invention se rapporte à une machine électrique tournante synchro-réluctante (assistée d'aimants permanents) et concerne plus particulièrement l’architecture particulière d’un rotor d’une telle machine.
Généralement, une telle machine électrique comporte un stator et un rotor disposés coaxialement l'un dans l'autre.
Le rotor est formé d'un corps de rotor avec un empilage de tôles placé sur un arbre de rotor. Ces tôles comprennent des logements pour des aimants permanents et des perforations pour créer des barrières de flux permettant de diriger radialement le flux magnétique des aimants vers le stator et pour favoriser la création d’un couple reluctant, et d’alléger ce rotor pour diminuer les efforts centrifuges que l’empilage de tôle doit supporter.
Ce rotor est généralement logé à l'intérieur d'un stator qui porte des bobinages électriques permettant de générer un champ magnétique permettant d'entraîner en rotation le rotor.
Technique antérieure
Comme cela est mieux décrit notamment dans la demande de brevet W02020/020580, le rotor d’une machine synchro-réluctante comprend une pluralité d'évidements axiaux qui traversent les tôles de part en part.
Pour la conception du rotor décrite dans cette demande de brevet, une première série d'évidements axiaux, disposés radialement les uns au-dessus des autres et à distance les uns des autres, forment des logements pour des générateurs de flux magnétiques, ici des aimants permanents sous forme de barreau rectangulaire.
L'autre série d'évidements consiste en des perforations de direction radiale inclinée, qui partent de ces logements pour arriver au voisinage du bord des tôles, au voisinage de l’entrefer.
Les perforations inclinées sont disposées symétriquement par rapport aux logements des aimants de manière à former à chaque fois une figure géométrique sensiblement en forme de V à fond aplati avec le fond plat formé par le logement des aimants et avec les bras inclinés de ce V formés par les perforations. Il se crée ainsi des barrières de flux formées par les perforations. Le flux magnétique provenant des aimants permanents ne peut alors que transiter par les parties pleines entre les perforations. Ces parties pleines sont constituées d’un matériau ferromagnétique.
On connaît la demande de brevet JP2003/348779 qui concerne un rotor de machine électrique avec des aimants permanents mis en place dans les évidements. Toutefois, ce rotor ne propose pas de forme précise de barrières de flux et d’évidements pour améliorer les performances de la machine électrique.
On connaît aussi la demande de brevet US2015/137 646 qui concerne un rotor de machine électrique. Toutefois, ce rotor ne propose pas de forme précise de barrières de flux et d’évidements pour améliorer les performances de la machine électrique.
Le problème technique que l’on se propose de résoudre consiste à améliorer les performances des machines électriques en augmentant la part de synchro-réluctance dans le couple (on cherche donc à maximiser le couple réluctant), et si possible en minimisant la quantité d’aimants permanents nécessaires.
Résumé de l’invention
L’invention concerne un rotor pour machine électrique comprenant :
- un corps de rotor, formé par un empilage de tôles, de préférence configuré pour être positionné sur un arbre de rotor, le corps de rotor étant défini par une surface interne cylindrique de diamètre interne et par une surface externe cylindrique de diamètre externe et
- une pluralité de paires de pôles magnétiques répartis circonférentiellement sur le corps de rotor, les pôles magnétiques successifs étant séparés par des plans radiaux de séparation, chaque pôle magnétique comprenant au moins deux barrières de flux situées radialement les unes au-dessus des autres, chaque barrière de flux comprenant au moins un évidement, chaque pôle magnétique comprenant au moins un aimant permanent dans un évidement. De plus, les lignes médianes des premières et deuxièmes barrières de flux de chaque pôle magnétique, en partant du centre vers l’extérieur du rotor, sont des lignes concaves sans discontinuités. Selon une coupe transversale, chaque ligne médiane coupe la surface externe cylindrique du corps de rotor en deux points d’extrémité, et comprend un axe de symétrie radial. L’intersection de chaque ligne médiane et de son axe de symétrie radial est un point interne à un rayon interne du centre dudit corps de rotor, le rayon interne Ri 1 du point interne de la ligne médiane de la première barrière vérifiant Rint + (Rext - Rint) ■ (0,105 ■ p + 0,147 - 0,05) < Ril < Rint + (Rext - Rint) ■ (0,105 ■ p + 0,147 + 0,05) et le rayon interne Ri2 du point interne de la ligne médiane de la deuxième barrière vérifiant Rint + (Rext - Rint) ■ (0,066 ■ p + 0,519 - 0,05) < R12 < Rint + (Rext - Rint) ■ (0,066 ■ p + 0,519 + 0,05), p étant le nombre de paires de pôles magnétiques, Rext étant la moitié du diamètre externe du corps de rotor, Rint étant la moitié du diamètre interne du corps de rotor.
De préférence, la droite radiale passant par chaque point d’extrémité de la ligne médiane de la première barrière de flux forme un angle compris entre 21°/(2*p) et 31°/(2*p) avec le plan radial de séparation le plus proche et la droite radiale passant par chaque point d’extrémité de la ligne médiane de la deuxième barrière de flux forme un angle compris entre 57°/(2*p) et 67°/(2*p) avec le plan radial de séparation le plus proche.
Avantageusement, chaque barrière de flux comprend zéro, un, deux ou trois aimants permanents.
De manière avantageuse, le ou les aimants permanents ont une forme incurvée ou rectangulaire adaptée à la forme des barrières de flux.
Selon une configuration de l’invention, chaque pôle du corps de rotor comprend trois ou quatre barrières de flux.
Préférentiellement, la première et la deuxième barrières de flux, en partant du centre vers l’extérieur, ont chacune trois évidements, un desdits trois évidements étant un évidement central et les deux autres étant des évidements latéraux, la troisième barrière de flux ayant deux évidements et l’éventuelle quatrième barrière de flux ayant deux évidements.
De manière avantageuse, la première barrière comprend trois aimants permanents, un dans chaque évidement, dans lequel la deuxième barrière de flux comprend deux aimants permanents, un dans chaque évidement latéral et la troisième et l’éventuel quatrième barrières de flux ne comprennent pas d’aimants permanents.
Selon une variante de l’invention, le nombre de paires de pôles magnétiques est compris entre 2 et 9, de préférence entre 3 et 6, et vaut de manière préférée 4.
Avantageusement, la largeur des barrières de flux peut être constante ou décroissante depuis le point interne vers les extrémités radiales.
L’invention concerne aussi une machine électrique comprenant un stator et un rotor tel que décrit précédemment, ledit rotor étant logé à l’intérieur dudit stator.
De préférence, ladite machine électrique est du type machine électrique synchro-réluctante.
Liste des figures
D'autres caractéristiques et avantages du rotor et de la machine électrique selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après.
La figure 1 représente le stator et le rotor d’une machine électrique en vue en coupe selon un mode de réalisation de l’invention. La figure 2 illustre les détails d’un rotor de machine électrique en vue en coupe selon un mode de réalisation de l’invention.
Description des modes de réalisation
L’invention concerne un rotor de machine électrique, notamment une machine électrique du type synchro-réluctante assistée d’aimants permanents. En outre, la présente invention concerne une machine électrique comprenant un rotor selon l’invention et un stator, le rotor étant disposé au sein du stator coaxialement à celui-ci.
Selon l’invention, le rotor pour machine électrique comprend :
- un corps de rotor, formé par un empilage de tôles, de préférence configuré pour être positionné sur un arbre de rotor, le corps de rotor étant défini par une surface interne cylindrique de diamètre interne et par une surface externe cylindrique de diamètre externe. Ainsi les surfaces interne et externe sont cylindriques et, en coupe dans un plan orthogonal à l’axe de rotation, les surfaces interne et externe sont chacune représentées par un cercle. Le corps de rotor forme donc un espace annulaire entre les surfaces externes et interne définies notamment respectivement par les diamètres externe et interne ; et,
- une pluralité de paires de pôles magnétiques répartis circonférentiellement sur le corps de rotor.
Les pôles magnétiques successifs (circonférentiellement) sont séparés par des plans radiaux de séparation. Ainsi, ils sont totalement séparés les uns des autres. Les plans radiaux de séparation découpent ainsi le corps de rotor en une pluralité de secteurs angulaires, l’ensemble des secteurs angulaires formant le corps de rotor. Chaque secteur angulaire du rotor forme un unique pôle magnétique.
De plus, chaque pôle magnétique comprend au moins deux barrières de flux situées radialement les unes au-dessus des autres, chaque barrière de flux comprenant au moins un évidement (de préférence, chaque barrière de flux comprenant une pluralité d’évidements). Les évidements des barrières de flux sont axiaux. En d’autres termes, les évidements s’étendent dans la direction axiale (longitudinale), c’est-à-dire le long de l’axe du rotor en traversant le rotor sur toute sa longueur axiale.
En outre, chaque pôle magnétique comprend au moins un aimant permanent dans un évidement.
Les aimants permanents permettent de générer un flux magnétique, permettant la rotation du rotor par la création d’un champ magnétique tournant pouvant être généré aussi par le stator. Les barrières de flux permettent de guider le champ magnétique généré par le rotor et par l’au moins un aimant permanent vers l’entrefer (l’entrefer étant l’espace formé entre la périphérie du rotor et le stator), de manière à limiter les fuites de flux magnétiques et augmenter les performances (notamment couple et puissance) de la machine électrique. Une paire de pôles magnétiques comprend deux pôles magnétiques de polarité opposée.
Le diamètre externe du corps de rotor correspond à deux fois le rayon externe du corps de rotor ; le diamètre interne du corps de rotor correspond à deux fois le rayon interne du corps de rotor.
Selon l’invention, les lignes médianes des premières et deuxièmes barrières de flux de chaque pôle magnétique, en partant du centre vers l’extérieur du rotor, sont des lignes concaves sans discontinuités. On appelle « ligne médiane » une ligne qui est à égale distance des bords de la barrière flux (qui font respectivement face au centre et à la périphérie du rotor), cette ligne médiane est définie dans une section transversale du rotor (c’est-à-dire dans un plan perpendiculaire à l’axe du rotor). Ainsi, la première barrière de flux, en partant du centre (de l’axe) vers l’extérieur du rotor, correspond à la barrière de flux interne, c’est-à-dire celle qui est la plus proche de l’axe du rotor. La deuxième barrière de flux, en partant du centre (de l’axe) vers l’extérieur du rotor, correspond donc à la prochaine barrière de flux la plus proche de l’axe du rotor, après la première barrière de flux.
Grâce à la forme concave et sans discontinuités des lignes médianes des première et deuxième barrières de flux, les performances de la machine électrique sont améliorées.
Par ligne « sans discontinuités », on entend que la ligne concernée est entièrement dérivable et qu’il n’existe pas de point où la dérivée d’un côté du point n’est pas égale à la dérivée de l’autre côté du point. Lorsqu’une barrière de flux est formée d’une pluralité d’évidements séparés notamment par au moins un pont magnétique, la ligne médiane traverse également le pont magnétique. Autrement dit, un pont magnétique ne forme pas une discontinuité de la ligne médiane.
Avantageusement, toutes les barrières de flux du rotor peuvent avoir des lignes médianes concaves et sans discontinuités.
En coupe transversale, chaque ligne médiane coupe la surface externe cylindrique du corps de rotor (elle coupe le corps du rotor sur son diamètre externe) en deux points d’extrémité. En d’autres termes, dans chaque plan (ou vue) de coupe transversale, la première ligne médiane coupe le cercle représentant la surface externe du corps de rotor (surface externe cylindrique) en lesdits deux premiers points d’extrémités.
Par « coupe transversale », on entend une coupe dans un plan orthogonal à l’axe de rotation. De plus, chaque ligne médiane comprend un axe de symétrie radial, l’intersection de chaque ligne médiane et de son axe de symétrie étant un point interne à une distance correspondant à un rayon interne du centre (de l’axe) dudit corps de rotor. Au niveau du point interne de la ligne médiane, la tangente à la ligne médiane est perpendiculaire à l’axe de symétrie radial. Ainsi, la ligne médiane ne comporte pas de discontinuités au niveau du point interne, la dérivée d’un côté de la ligne médiane étant alors égale à la dérivée de l’autre côté de la ligne médiane. La symétrie permet une optimisation des performances mécaniques de la machine électrique. Selon l’invention, le rayon interne Ri1 du point interne de la ligne médiane de la première barrière vérifie Rint + (Rext - Rint) ■ (0,105 ■ p + 0,147 - 0,05) < RU < Rint + (Rext - Rint) ■ (0,105 ■ p + 0,147 + 0,05) (par exemple en millimètres) et le rayon interne Ri2 du point interne de la ligne médiane de la deuxième barrière vérifie Rint + (Rext - Rint) ■ (0,066 ■ p + 0,519 - 0,05) < R12 < Rint + (Rext - Rint) ■ (0,066 ■ p + 0,519 + 0,05) (par exemple en millimètre) avec p le nombre de paires de pôles magnétiques, Rext étant le rayon externe du corps de rotor, correspondant à la moitié du diamètre externe du corps de rotor, Rint étant le rayon interne du corps de rotor, correspondant à la moitié du diamètre interne du corps de rotor. En effet, avec ce point interne spécifique, la forme des barrières de flux permet d’augmenter la densité de couple et de puissance de la machine électrique.
De préférence, la droite radiale passant par chaque point d’extrémité de la ligne médiane de la première barrière de flux peut former un angle compris entre 21°/(2*p) et 31 °/(2*p) avec le plan radial de séparation le plus proche, p étant le nombre de paires de pôles magnétiques, et la droite radiale passant par chaque point d’extrémité de la ligne médiane de la deuxième barrière de flux peut former un angle compris entre 57°/(2*p) et 67°/(2*p) avec le plan radial de séparation le plus proche. En effet, le positionnement spécifique de ces points d’extrémités permet d’améliorer l’effet des barrières de flux et d’augmenter le couple réluctant.
De manière avantageuse, chaque barrière de flux peut comprendre zéro, un, deux ou trois aimants permanents. Par exemple, une barrière de flux peut comprendre trois aimants permanents et une autre barrière de flux peut comprendre un seul aimant. Ainsi, le rotor peut être adapté à différentes conditions de fonctionnement ou d’application prévues.
Selon une configuration de l’invention, le ou les aimants permanents peuvent avoir une forme incurvée adaptée à la forme des évidements des barrières de flux. Grâce à cette forme adaptée aux évidements des barrières de flux, on peut optimiser la quantité d’aimants permanents dans les évidements incurvés, ce qui permet d’augmenter les performances de la machine électrique. De plus, l’utilisation d’aimants incurvés adaptés à la forme des évidements permet d’augmenter le couple réluctant alors que l’utilisation d’aimants prismatiques ou en forme de barre rectangulaire selon l’art antérieur, entraîne une diminution du couple réluctant en raison de la forme non adaptée. Les aimants incurvés peuvent notamment être obtenus par exemple par usinage ou par toute méthode analogue. Avantageusement, chaque pôle magnétique du corps de rotor peut comprendre trois ou quatre barrières de flux. En effet, plus chaque pôle magnétique comprend de barrières de flux, et mieux le champ magnétique est guidé. Le nombre de trois ou quatre barrières offre un excellent compromis entre les performances attendues et la complexité de fabrication.
Selon une configuration préférée de l’invention, la première et la deuxième barrières de flux, en partant du centre vers l’extérieur, peuvent avoir (peuvent comprendre) chacune trois évidements (de préférence seulement trois évidements). Un des trois évidements de ces première et deuxième barrières de flux est un évidement central : il est positionné sur l’axe de symétrie radial et il est symétrique de part et d’autre de cet axe de symétrie radial. Les deux autres évidements des première et deuxième barrières de flux sont des évidements latéraux (périphériques), un évidement latéral de chaque côté de l’évidement central. Les évidements latéraux peuvent être symétriques l’un par rapport à l’autre par rapport à l’axe de symétrie radial.
Les deux évidements latéraux sont ainsi positionnés et espacés de part et d’autre d’un évidement central.
Les évidements de chaque barrière de flux interne forment sensiblement un U (selon une section transversale à l’axe du rotor, qui correspond au plan d’une tôle constituant le corps de rotor), le fond du U étant formé par l’évidement central, et les segments opposés du U étant formés par les évidements latéraux.
Les tôles du corps de rotor peuvent être réalisées en matériau ferromagnétique de manière à guider le flux magnétique créé par des aimants permanents et éventuellement le bobinage statorique. Les évidements des barrières de flux peuvent être obtenus par des perforations dans les tôles empilées formant le corps de rotor, et les ponts magnétiques sont formés par la tôle elle-même.
Pour cette configuration, de manière préférée, la troisième barrière de flux peut comprendre (ou consister) deux évidements (qui sont deux évidements latéraux symétriques l’un par rapport à l’autre par rapport à l’axe de symétrie radial) et l’éventuelle quatrième barrière de flux peut également comprendre (ou consister) deux évidements (qui sont deux évidements latéraux symétriques l’un par rapport à l’autre par rapport à l’axe de symétrie radial).
Un tel rotor permet ainsi de mieux guider le champ magnétique vers le stator et d’augmenter le couple réluctant.
Avantageusement, la première barrière de flux peut comprendre trois (et de préférence seulement trois) aimants permanents, un dans chaque évidement, et la deuxième barrière de flux peut comprendre deux (et de préférence seulement deux) aimants permanents, un dans chaque évidement latéral. En outre, la troisième et l’éventuel quatrième barrières de flux ne comprennent pas d’aimants permanents. Cette configuration permet de maximiser la densité de couple et de puissance de la machine électrique, en limitant la quantité d’aimants permanents nécessaire. La limitation du nombre d’aimants permanents permet de réduire aussi les contraintes industrielles sur les dimensions des aimants permanents ainsi que le coût de fabrication.
De préférence, ledit nombre p de paires de pôles magnétiques peut être compris entre 2 et 9, de préférence entre 3 et 6, et vaut de manière préférée 4. Ces nombres de pôles magnétiques donnent de bonnes performances aux machines électriques.
Avantageusement, la largeur des barrières de flux (des évidements des barrières de flux notamment) peut être décroissante depuis le point interne vers les extrémités radiales. Autrement dit, la largeur des différents évidements des différentes barrières de flux diminue depuis le point interne vers les extrémités radiales des barrières de flux. Cette configuration permet de maximiser la densité de couple et de puissance de la machine électrique.
De préférence, les aimants peuvent alors avoir une forme adaptée avec une épaisseur décroissante, correspondante à la largeur des évidements dans lesquels ils sont insérés, depuis le centre vers l’extérieur du corps de rotor.
Alternativement, la largeur des barrières de flux peut être constante depuis le point interne vers les extrémités radiales, de manière à simplifier la fabrication des tôles et des aimants permanents par exemple.
De préférence, les aimants peuvent alors avoir une forme adaptée avec une épaisseur constante, correspondante à la largeur des évidements dans lesquels ils sont insérés, depuis le centre vers l’extérieur du corps de rotor.
La figure 1 illustre, de manière schématique et non limitative, une vue en coupe partielle d’un stator et d’un rotor d’une machine électrique selon l’invention.
La machine électrique comprend un stator 1 et un rotor 2. Le stator 1 et le rotor 2 sont coaxiaux et le rotor 2 est mis en place au sein du stator 1 . En d’autres termes, le stator 1 entoure le rotor 2.
Le rotor 2 comprend un corps de rotor défini par une surface interne cylindrique de rayon interne Rint et par une surface externe cylindrique de rayon externe Rext.
Le rotor 2 comprend trois paires de pôles magnétiques (la figure représentant un tiers du rotor montre deux pôles magnétiques, le rotor 2 présente donc au total six pôles magnétiques).
Chaque pôle magnétique du rotor comprend ici quatre barrières de flux, situées radialement les unes au-dessus des autres, du centre vers l’extérieur. La première barrière de flux, c’est-à-dire la barrière de flux interne la plus proche de l’axe de rotation du rotor, est définie par la première ligne médiane L1 alors que la deuxième barrière de flux est définie par la deuxième ligne médiane L2.
Les troisième et quatrième barrières de flux sont définies par les troisième et quatrième lignes médianes L3 et L4.
Les première, deuxième, troisième et quatrième lignes médianes L1 , L2, L3 et L4 sont concaves et ne présente pas de discontinuités.
La première barrière de flux comprend au moins trois évidements : un évidement central 6 et deux évidements latéraux 5a et 5b. Dans chacun de ces évidements, un aimant permanent est mis en place (représenté en noir sur l’un des pôles magnétiques et en gris foncé sur l’autre pôle magnétique).
La deuxième barrière de flux comprend au moins 3 évidements : un évidement central 8 et deux évidements latéraux 7a et 7b. Dans chacun des évidements latéraux 7a et 7b, un aimant permanent est mis en place (représenté en noir sur l’un des pôles magnétiques et en gris foncé sur l’autre pôle magnétique). L’évidement central 8 est laissé vide (sans aimant permanent).
La troisième et la quatrième barrière de flux comprennent chacune deux évidements latéraux 9 dans lesquels aucun aimant permanent n’est mis en place. Ces barrières de flux ne comportent pas d’évidement central.
Comme on peut le voir sur la figure, la forme des aimants permanents est adaptée à la forme des évidements alors qu’au contraire, dans l’art antérieur, les évidements sont de section sensiblement rectangulaire afin d’être adaptés à la forme sensiblement rectangulaire des aimants permanents. Les aimants permanents de la figure 1 ont une forme incurvée et suivent la première et la deuxième lignes médianes L1 et L2 des barrières de flux sur lesquels ils sont mis en place.
Grâce à leur forme spécifique, la quantité d’aimants permanents est optimisée et la densité de couple et de puissance de la machine électrique est améliorée.
La figure 2 illustre, de manière schématique et non limitative, les détails des barrières de flux du rotor pour machine électrique selon l’invention.
La figure 2 illustre une portion d’un corps de rotor d’un rotor 2 pour machine électrique. Le corps de rotor est défini par une surface interne cylindrique de rayon interne 3 apte à s’engager sur un arbre de rotor et par une surface externe cylindrique de rayon externe 4, sensiblement égal au rayon interne du stator de la machine électrique.
La figure 2 illustre un tiers d’une coupe du corps de rotor et comprend deux pôles magnétiques. Ainsi, le rotor comprend ici trois paires de pôles magnétiques. Les pôles magnétiques sont répartis circonférentiellement sur le corps de rotor et sont séparés par des plans radiaux de séparation P1 et P2 : le corps de rotor comprend donc autant de plans radiaux de séparation que de pôles magnétiques.
Les pôles magnétiques comprennent ici chacun quatre barrières de flux, situés radialement les unes au-dessus des autres du centre vers l’extérieur.
La première barrière de flux, c’est-à-dire la barrière de flux interne la plus proche de l’axe de rotation du rotor, est définie par la première ligne médiane L1 .
Les lignes médianes des différentes barrières de flux sont toutes concaves et ne présentent pas de discontinuités. De plus, elles sont symétriques par rapport à l’axe radial de symétrie AA. L’axe radial de symétrie AA des barrières de flux du pôle magnétique forme une bissectrice de l’angle formé par les plans de séparation P1 et P2 de chaque côté du pôle magnétique concerné.
La première barrière de flux comprend au moins trois évidements : un évidement central 6 et deux évidements latéraux 5a et 5b. Dans chacun de ces évidements, un aimant permanent est mis en place (représenté en noir sur l’un des pôles magnétiques et en gris foncé sur l’autre pôle magnétique).
La deuxième barrière de flux comprend au moins 3 évidements : un évidement central 8 et deux évidements latéraux 7a et 7b. Dans chacun des évidements latéraux 7a et 7b, un aimant permanent est mis en place (représenté en noir sur l’un des pôles magnétiques et en gris foncé sur l’autre pôle magnétique). L’évidement central 8 est laissé vide (sans aimant permanent).
La troisième et la quatrième barrières de flux comprennent chacune deux évidements latéraux 9 dans lesquels aucun aimant permanent n’est mis en place. Ces barrières de flux ne comportent pas d’évidement central.
Comme on peut le voir sur la figure, la forme des aimants permanents est adaptée à la forme des évidements alors qu’au contraire, dans l’art antérieur, les évidements sont de section sensiblement rectangulaire afin d’être adaptés à la forme sensiblement rectangulaire des aimants permanents. Les aimants permanents de la figure 2 ont une forme incurvée et suivent la première et la deuxième lignes médianes des première et deuxième barrières de flux sur lesquels ils sont mis en place.
Grâce à leur forme spécifique, la quantité d’aimants permanents est optimisée et la densité de couple et de puissance de la machine électrique est améliorée.
La première ligne médiane L1 est définie par deux points d’extrémité 10 et 11 situés au niveau de l’intersection de la ligne médiane avec la surface externe cylindrique du corps de rotor de rayon externe 4, selon une coupe dans un plan orthogonal à l’axe de rotation. En, effet, dans une telle coupe, les surfaces interne et externe du corps de rotor sont représentées par des cercles.
Les droites radiales passant par les points d’intersections 10 et 11 forment un angle 0 avec le plan de séparation le plus proche (P1 pour le point d’extrémité 11 et P2 pour le point d’extrémité 10).
La première ligne médiane L1 est également définie par un point interne 12 situé sur l’axe radial de symétrie AA, ce point interne étant situé à une distance égale à un premier rayon interne Ri1 du centre.
Au niveau du point interne 12, la ligne médiane est perpendiculaire à l’axe radial de symétrie AA.
De la même manière, la deuxième ligne médiane, et éventuellement la troisième ligne médiane et de préférence la quatrième ligne médiane, sont définies chacune par deux points d’extrémité situés au niveau de l’intersection de la ligne médiane concernée avec la surface externe cylindrique du corps de rotor, selon une coupe dans un plan orthogonal à l’axe de rotation. En, effet, dans une telle coupe, les surfaces interne et externe cylindriques du corps de rotor sont représentées par des cercles. Les droites radiales passant par les points d’intersections de chaque ligne médiane forment un angle avec le plan de séparation le plus proche.
Chaque ligne médiane est également définie par un point interne situé sur l’axe radial de symétrie AA, ce point interne étant situé à une distance égale à un rayon interne du centre.
Au niveau du point interne de chaque ligne médiane, la ligne médiane concernée est perpendiculaire à l’axe radial de symétrie AA.
On peut observer que sur la figure 2, comme sur la figure 1 , la largeur des évidements des barrières de flux diminue depuis le point interne vers les points d’extrémités. L’épaisseur des aimants permanents est variable et décroit de la même manière de l’intérieur du rotor vers l’extérieur pour s’adapter à la forme des évidements. Cette forme permet d’augmenter le couple de la machine électrique.
Alternativement et sans sortir du cadre de l’invention, la largeur des évidements pourrait être constante depuis le point interne vers les points d’extrémités. Cette configuration simplifie la fabrication des aimants (qui ont alors une épaisseur constante pour s’adapter à la largeur constante des évidements dans lesquels ils sont insérés).
Afin d’augmenter la densité de couple et de puissance de la machine électrique, la forme des lignes médianes, notamment des deux premières lignes médianes, en partant du centre vers l’extérieur, peut être optimisée. Notamment, lorsque le rayon interne Ri 1 du point interne de la ligne médiane de la première barrière vérifie Rint + (Rext - Rint) ■ (0,105 ■ p + 0,147 - 0,05) < Ril < Rint + (Rext - Rint) ■ (0,105 ■ p + 0,147 + 0,05) et lorsque le rayon interne Ri2 du point interne de la ligne médiane de la deuxième barrière vérifie Rint + Rext - Rint) ■ (0,066 ■ p + 0,519 - 0,05) < R12 < Rint + Rext - Rint) ■ (0,066 ■ p + 0,519 + 0,05), p étant le nombre de paires de pôles magnétiques, Rext étant le rayon externe du corps de rotor, Rint étant le rayon interne du corps de rotor, la machine électrique offre de meilleures performances.
Il est également encore possible d’améliorer la forme des barrières de flux en définissant la position des points d’extrémités des premières et deuxièmes lignes médianes de la manière suivante :
- la droite radiale passant par chaque point d’extrémité de la ligne médiane de la première barrière de flux forme un angle compris entre 21°/(2*p) et 31°/(2*p) avec le plan radial de séparation le plus proche,
- la droite radiale passant par chaque point d’extrémité de la ligne médiane de la deuxième barrière de flux forme un angle compris entre 57°/(2*p) et 67°/(2*p) avec le plan radial de séparation le plus proche.
La topologie du rotor spécifique de l’invention, ainsi que de la machine électrique selon l’invention, permet de réduire la quantité d’aimants permanents nécessaire et donc de terres rares. De plus, elle offre l’avantage de maximiser le couple par unité de masse de l’aimant consommé avec notamment la production du couple reluctant (indépendant de l’aimant et comptant pour plus de 50% du couple total) et synchrone (dépendant de l’aimant).
Exemples
Un exemple de rotor selon l’invention a été comparé à un rotor selon l’art antérieur selon W02020/020580 dans une même machine électrique.
Les caractéristiques de la machine électrique dans lesquels sont implantés le rotor selon l’invention et le rotor de l’art antérieur sont les suivantes : longueur : 175mm diamètre extérieur rotor : 120mm (rayon externe rotor : 60mm) diamètre intérieur rotor : 36mm (rayon interne rotor : 18mm)
Le rotor de l’invention correspond à celui de la figure 1 avec trois paires de pôles magnétiques, chaque pôle magnétique comprenant quatre barrières de flux, les deux premières barrières de flux, en partant du centre vers l’extérieur vérifiant les conditions suivantes : le rayon interne Ri 1 du point interne de la ligne médiane de la première barrière vérifie Rint + C^ext — ^int) ’ (0,105 ■ p + 0,147 — 0,05) < RH < R[nt + Rext ~ in ' (0,105 ■ p + 0,147 + 0,05) le rayon interne Ri2 du point interne de la ligne médiane de la deuxième barrière vérifie Rint + Rext - Rint ' (0,066 ■ p + 0,519 - 0,05) < R12 < Rint + (Rext - Rint) ■ (0,066 ■ p + 0,519 + 0,05), p étant le nombre de paires de pôles magnétiques, Rext étant le rayon externe du corps de rotor, Rint étant le rayon interne du corps de rotor,
- la droite radiale passant par chaque point d’extrémité de la ligne médiane de la première barrière de flux forme un angle compris entre 21 °/(2*p) et 31°/(2*p) avec le plan radial de séparation le plus proche,
- la droite radiale passant par chaque point d’extrémité de la ligne médiane de la deuxième barrière de flux forme un angle compris entre 57°/(2*p) et 67°/(2*p) avec le plan radial de séparation le plus proche.
Ainsi, pour le rotor de l’invention :
- le point interne de la première ligne médiane est situé sur un rayon interne de 37,7 mm du centre ; le point interne de la deuxième ligne médiane est situé sur un rayon interne de 47.7 mm du centre ; la première ligne médiane est définie par deux points d’extrémités, la droite passant par ces points d’extrémités formant un angle de 4° avec le plan de séparation le plus proche de chaque côté ;
- la deuxième ligne médiane est définie par deux points d’extrémités, la droite passant par ces points d’extrémités formant un angle de 10° avec le plan de séparation le plus proche de chaque côté.
De plus, pour le rotor de l’invention, avec quatre paires de pôles au lieu de trois paires de pôles : le point interne de la première ligne médiane est situé sur un rayon interne de 42,1 mm du centre ; le point interne de la deuxième ligne médiane est situé sur un rayon interne de 51 ,19 mm du centre ; la première ligne médiane est définie par deux points d’extrémités, la droite passant par ces points d’extrémités formant un angle de 3,5° avec le plan de séparation le plus proche de chaque côté ;
- la deuxième ligne médiane est définie par deux points d’extrémités, la droite passant par ces points d’extrémités formant un angle de 8° avec le plan de séparation le plus proche de chaque côté. Grâce au rotor de l’invention avec quatre paires de pôles magnétiques, la machine électrique équipée de ce rotor permet d’obtenir, pour une masse d’aimants de 1 ,54kg, les performances suivantes :
- couple maximal : 274 N.m
Puissance maximale : 194 kW
Puissance à la tension maximale : 147 kW
Ce qui donne les densités suivantes : - Densité de couple massique d’aimant : 178 N.m/kg d’aimant
- Densité de puissance massique d’aimant : 126 kW/kg d’aimant
Le gain par rapport à la machine électrique selon l’art antérieur est d’environ 20% sur la densité de couple et de 15% sur la densité de puissance par rapport à la machine électrique de l’art antérieur, ce qui témoigne de l’intérêt du rotor selon l’invention.

Claims

Revendications
1 . Rotor (2) pour machine électrique comprenant :
- un corps de rotor, formé par un empilage de tôles, de préférence configuré pour être positionné sur un arbre de rotor, le corps de rotor étant défini par une surface interne cylindrique de diamètre interne et par une surface externe cylindrique de diamètre externe et
- une pluralité de paires de pôles magnétiques répartis circonférentiellement sur le corps de rotor, les pôles magnétiques successifs étant séparés par des plans radiaux de séparation (P1 , P2), chaque pôle magnétique comprenant au moins deux barrières de flux situées radialement les unes au-dessus des autres, chaque barrière de flux comprenant au moins un évidement (5a, 5b, 6, 7a, 7b, 8, 9), chaque pôle magnétique comprenant au moins un aimant permanent dans un évidement, caractérisé en ce que les lignes médianes (L1 , L2) des premières et deuxièmes barrières de flux de chaque pôle magnétique, en partant du centre vers l’extérieur du rotor, sont des lignes concaves sans discontinuités, selon une coupe transversale, chaque ligne médiane (L1 , L2) coupant la surface externe cylindrique du corps de rotor en deux points d’extrémité (10, 1 1 ), et comprenant un axe de symétrie radial (AA), l’intersection de chaque ligne médiane (L1 , L2) et de son axe de symétrie radial (AA) est un point interne (12) à un rayon interne du centre dudit corps de rotor, le rayon interne Ri1 du point interne (12) de la ligne médiane (L1 ) de la première barrière Vérifiant Rint + (flext- t) ■ (0,105 ■ p + 0,147 - 0,05) < RU < Rint + (Rext - Rint) ■ (0,105 ■ p + 0,147 + 0,05) et le rayon interne Ri2 du point interne de la ligne médiane (L2) de la deuxième barrière vérifiant Rint + (Rext - Rint) ■ (0,066 ■ p + 0,519 - 0,05) < Ri2 < Rint + Rext-Rint) ■ (0,066 ■ p + 0,519 + 0,05), p étant le nombre de paires de pôles magnétiques, Rext étant la moitié du diamètre externe du corps de rotor, Rint étant la moitié du diamètre interne du corps de rotor.
2. Rotor selon la revendication 1 , dans lequel la droite radiale passant par chaque point d’extrémité (10, 1 1 ) de la ligne médiane (L1 ) de la première barrière de flux forme un angle (0) compris entre 21°/(2*p) et 31°/(2*p) avec le plan radial de séparation le plus proche (P1 , P2) , la droite radiale passant par chaque point d’extrémité de la ligne médiane (L2) de la deuxième barrière de flux forme un angle compris entre 57°/(2*p) et 67°/(2*p) avec le plan radial de séparation le plus proche (P1 , P2).
3. Rotor selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chaque barrière de flux comprend zéro, un, deux ou trois aimants permanents.
4. Rotor selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le ou les aimants permanents ont une forme incurvée ou rectangulaire adaptée à la forme des barrières de flux.
5. Rotor selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chaque pôle magnétique du corps de rotor comprend trois ou quatre barrières de flux.
6. Rotor selon la revendication 5, dans lequel la première et la deuxième barrières de flux, en partant du centre vers l’extérieur, ont chacune trois évidements (5a, 5b, 6, 7a, 7b, 8), un desdits trois évidements étant un évidement central (6, 8) et les deux autres étant des évidements latéraux (5a, 5b, 7a, 7b), la troisième barrière de flux ayant deux évidements (9) et l’éventuelle quatrième barrière de flux ayant deux évidements.
7. Rotor selon la revendication 6, dans lequel la première barrière comprend trois aimants permanents, un dans chaque évidement (5a, 5b, 6), dans lequel la deuxième barrière de flux comprend deux aimants permanents, un dans chaque évidement latéral (7a, 7b) et dans lequel la troisième et l’éventuel quatrième barrières de flux ne comprennent pas d’aimants permanents.
8. Rotor selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le nombre p de paires de pôles magnétiques est compris entre 2 et 9, de préférence entre 3 et 6, et vaut de manière préférée 4.
9. Rotor selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la largeur des barrières de flux peut être constante ou décroissante depuis le point interne (12) vers les extrémités radiales (10, 1 1 ).
10. Machine électrique comprenant un stator (1 ) et un rotor (2) selon l’une des revendications précédentes, ledit rotor (2) étant logé à l’intérieur dudit stator (1 ).
1 1 . Machine électrique selon la revendication 10, pour laquelle ladite machine électrique est du type machine électrique synchro-réluctante.
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