EP4681311A1 - Machine electrique tournante a flux axial - Google Patents

Machine electrique tournante a flux axial

Info

Publication number
EP4681311A1
EP4681311A1 EP24715243.2A EP24715243A EP4681311A1 EP 4681311 A1 EP4681311 A1 EP 4681311A1 EP 24715243 A EP24715243 A EP 24715243A EP 4681311 A1 EP4681311 A1 EP 4681311A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wire
shell
stator
tooth
machine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24715243.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Franck Vangraefschepe
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.)
Nidec PSA Emotors SAS
Original Assignee
Nidec PSA Emotors SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nidec PSA Emotors SAS filed Critical Nidec PSA Emotors SAS
Publication of EP4681311A1 publication Critical patent/EP4681311A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • 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
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/18—Windings for salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/24—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors with channels or ducts for cooling medium between the conductors

Definitions

  • the present invention relates to the field of rotating electrical machines, and more particularly to that of axial flux rotating electrical machines.
  • the invention relates more particularly to machines cooled by a circulation of a cooling fluid, in particular oil, circulating at least partially through the stator of the machine.
  • the invention relates more particularly to synchronous or asynchronous machines, with alternating current. It concerns in particular traction or propulsion machines for electric motor vehicles (Battery Electric Vehicle) and/or hybrid vehicles (Hybrid Electric Vehicle - Plug-in Hybrid Electric Vehicle), such as individual cars, vans, trucks or buses.
  • the invention also applies to rotating electrical machines for industrial and/or energy production applications, in particular naval, aeronautical or wind.
  • axial flux it is meant that the magnetic flux circulating in the machine is oriented in the air gap between the rotor and the stator in a direction parallel to an axis of rotation of the machine, in contrast to a so-called radial flux machine, in which the magnetic flux circulates between the rotor and the stator in a radial direction, therefore perpendicular to the axis of rotation of the machine.
  • Such machines have many advantages, particularly in terms of torque density.
  • their topologies can be varied: a configuration with one or more rotors and one or more stators is significantly easier, compared to radial flux rotating electrical machines.
  • this is generally carried out indirectly, i.e. with thermal conduction inside the material. This leads to having several thermal resistances between the cooling fluid and the parts to be cooled, hence poor use of the thermal potential, i.e. the temperature difference, between the hot source and the cold source.
  • thermal potential i.e. the temperature difference
  • Axial flux machines are known, for example from applications EP 3 108 574, EP 2 606 561, EP 3 764 526, EP 4 018 529, WO 2022/214146, WO 2022/123408 in which the cooling fluid circulates between coils, at the periphery thereof.
  • the passage of the cooling fluid is very limited and the wires of the coil themselves are in little contact with the cooling fluid.
  • an axial flux rotating electrical machine comprising at least one stator and at least one rotor, arranged along an axis of rotation X of the machine, the stator being cooled by a circulation of a cooling fluid, the stator comprising a plurality of teeth, at least one tooth, or even each tooth, carrying a coil wound concentrically around said tooth, the coil comprising at least one flattened wire wound on itself around the corresponding tooth in a plurality of layers, two consecutive layers of flattened wire being spaced apart by a non-zero distance d, the stator comprising at least one shell, in particular a plurality of shells, the shell, in particular each shell, housing at least one coil wound around said tooth, the machine being configured to allow the circulation of cooling fluid between the layers of wire in the shell.
  • Direct cooling means that the machine's cooling fluid comes directly into contact with the coils, in particular the coil wire(s). Direct cooling provides a large heat exchange surface. Since the fluid is in direct contact with the coils of said machine, this avoids any intermediate thermal resistance due to conductions in the material and intermediate interfaces.
  • the coolant may be a liquid, for example water or oil.
  • the coolant may be deionized water.
  • the coolant may be a gas, for example air.
  • the fluid is non-ionic.
  • the size of the machine can be reduced and its compactness improved. Since the surface of the air gap between the rotor and the stator is larger, a better electromechanical conversion is obtained. Indeed, the surface of the air gap is, in the case of an axial flux machine, weakly linked to the length of the stator and the rotor. The machine can therefore be less bulky.
  • the concentrated coil may comprise a flattened conductive wire.
  • the term 'flattened wire' means a wire having an elongated cross-section, for example rectangular or substantially rectangular in shape.
  • a ratio between a largest dimension of the cross-section of the wire and a largest dimension perpendicular thereto, called the thickness e of the wire may be strictly greater than 1, better still greater than 1.5, or even greater than 2, being for example of the order of 5/2. It is also possible to use flattened wires whose ratio between the largest dimension of the cross-section of the wire and a largest dimension perpendicular thereto may be greater than 3, better still greater than 3.5, or even greater than 4, being for example of the order of 5.
  • the wire(s) may be copper. Alternatively, the wire(s) may be aluminum. They may be enameled. Alternatively, the wire(s) may not be enameled, but covered with an unenamelled insulation.
  • the flattened wire may be wound around the corresponding tooth by being curved parallel to the largest dimension of the cross-section of the wire.
  • the flattened wire is wound around the corresponding tooth without being curved around the thickness of the cross-section of the wire.
  • such a configuration makes it possible to obtain a smaller radius of curvature of the wire, the wire thus being able to be curved more around the tooth.
  • Two consecutive layers of flattened wire may be spaced apart by a distance d of between 0.05 mm and 1 mm, preferably between 0.08 mm and 0.9 mm, more preferably between 0.1 mm and 0.5 mm.
  • a ratio d/e between the distance d and the thickness e of the wire can be between 0.02 and 0.5, preferably between 0.05 and 0.4, better between 0.1 and 0.3.
  • Tron consecutive layers of wire means two layers of the same wire.
  • the wire can be wound on itself around the tooth along an axial axis of the tooth.
  • the axial axis of the tooth extends parallel to the axis of rotation X of the machine.
  • the wires can be stacked on top of each other along the axial axis of the tooth.
  • a wire is wound on itself parallel to its largest dimension of the cross-section of said wire.
  • Two consecutive layers of flattened wire may be spaced apart by a spacer member, including in particular a plurality of pellets arranged between the layers of wire.
  • the spacer member may be removably or non-removably attached to the wire or shell. Alternatively, it may be integral with the wire or shell.
  • the spacer member may comprise a plurality of bars or pads, which may be disposed between the layers of wire.
  • a bar may be parallelepipedal in shape. It may be much longer than it is wide. It may thus define large faces and small faces. It may extend from a face of the corresponding shell between the layers of wire, in particular perpendicular to the direction of elongation of the wire. Alternatively, the bar may extend parallel to the direction of elongation of the wire. It may be fixed to the shell by a small face. Alternatively, it may be fixed to the wire, for example by a large face. It may be placed on the wire perpendicular to the direction of elongation of the wire. Alternatively, it may be placed on the wire parallel to the direction of elongation of the wire.
  • a pellet may be substantially as long as it is wide. It may be circular or of any other shape, for example rectangular. It may be attached to the shell. Alternatively, it may be attached to the wire.
  • the spacer member which may comprise a plurality of bars or pads, may be arranged, in particular by gluing, on one face of the wire, in particular on the largest dimension of the cross-section of said wire.
  • a pad may be fixed, for example glued, to the largest dimension of the cross-section of the wire. It may be of a thickness smaller than the largest dimension of the cross-section of the wire. Alternatively it may be of a thickness equal to or wider than the largest transverse dimension of the wire.
  • a pellet, in particular all pellets, or a strip, in particular all strips, may have a thickness Ea of between 0.01 mm and 0.9 mm, preferably between 0.05 and 0.7 mm, better still between 0.1 mm and 0.5 mm, in particular approximately 0.2 mm.
  • the pads or bars can in particular be positioned on curved parts of the wire. Alternatively, they can be positioned on straight parts of the wire. They can also be positioned on curved and straight parts of the wire.
  • pellets of different shapes can be arranged on the same wire, following a regular or random pattern.
  • An interval between two consecutive pellets on a given wire can be a non-zero distance D. They can also be distributed at different heights of the wire.
  • the pellets or bars can advantageously, in addition to their spacing function, play the role of flow disruptor. Indeed, they can generate local vortices, and thus promote the cooling of the coils. This makes it possible to increase the turbulence zones and create disturbances, improving the flow of the fluid in particular by generating local vortices.
  • the spacer member may comprise pellets composed of a mineral material, in particular glass or ceramic.
  • the pellets may be composed of an organic material, in particular polymer.
  • this polymer material can withstand temperatures of the order of 200 to 250°C.
  • a shell may accommodate a single tooth.
  • the shell may accommodate a plurality of teeth, including two teeth.
  • the shell may accommodate all of the teeth of the stator.
  • the shell may comprise internal partitions, in particular at least one internal partition. Alternatively, the shell may comprise more than two internal partitions.
  • the shell may comprise as many internal partitions as there are teeth. Each tooth may be separated from the other teeth by two partitions extending on either side of said tooth.
  • the shell can provide rigidity to the stator.
  • this embodiment allows easier assembly of the machine.
  • the shell may comprise a wall surrounding the tooth carrying the coil housed in said shell. This wall may be in contact with the tooth.
  • the shell may comprise at least one air gap wall facing the air gap and the rotor.
  • the air gap wall may cover the tooth.
  • the shell may have an air gap wall thickness Ep of between 0.2 mm and 5 mm, preferably between 0.25 mm and 2 mm, better still between 0.3 mm and 1 mm.
  • the thickness of the air gap wall is very small, which makes it possible to reduce the size of the shell at the air gap.
  • the shell may also have a peripheral wall that connects to the air gap wall of the shell.
  • This peripheral wall may comprise two half-shells, a first half-shell and a second half-shell. These two half-shells may be symmetrical with respect to each other. Alternatively, they may not be symmetrical with respect to each other.
  • the two half-shells can be assembled together in a sealed manner.
  • the two half-shells can be closed on top of each other with good sealing.
  • a sealing gasket can be arranged between the two half-shells.
  • One half-shell can have a sealing lip covering a groove in the other half-shell.
  • the hull can have a height Ec.
  • the height Ec can be between 3 mm and 100 mm, preferably between 5 mm and 50 mm, better between 10 mm and 30 mm.
  • the shell may be made of plastic, particularly molded plastic.
  • the air gap wall may cover the tooth, or alternatively not cover it.
  • the air gap wall may provide a window for the tooth.
  • the tooth may be visible from outside the shell, when the shell is in place on the tooth.
  • the tooth may be flush with the shell, particularly at its air gap wall.
  • the tooth may be slightly set back from the shell or, on the contrary, be prominent relative to the shell to reduce the magnetic air gap.
  • the shell can be closed over the tooth in a watertight manner at the window surrounding the tooth.
  • the tooth When the stator is without a yoke, the tooth is inserted into the shell, in particular in its entirety.
  • the shell may in particular comprise two air gap walls, each facing a rotor, and which face the two air gaps.
  • the shell may then not be drilled at the wall facing the yoke.
  • the tooth may be inserted between an edge of the yoke and the air gap walls of the shell.
  • the inlet tube and the outlet tube of the shell may be configured to provide electrical connection to the corresponding coil. They may for example be made of electrically conductive material, in particular metallic, for example copper.
  • the inlet and outlet tubes may not be configured to provide electrical connection.
  • they may be made of plastic.
  • the inlet tube and the outlet tube may have a shape similar to each other. Alternatively, they may have a different shape. Said shape may for example be hollow, in particular cylindrical in shape. In cross-section, the shape may be substantially circular, or alternatively substantially square, or alternatively substantially triangular.
  • the inlet tube may have a first open end.
  • the inlet tube may have a second closed end.
  • the closed end may be opposite the open end along the longitudinal axis of the inlet tube.
  • the inlet tube may have one or more slots, including a single slot. Said slot may be closer to the closed end of the inlet tube.
  • the discharge tube may have a first open end.
  • the inlet tube may have a second closed end.
  • the closed end may be opposite the open end along the longitudinal axis of the discharge tube.
  • the exhaust tube may have one or more slots, including a single slot.
  • the slot may be closer to the closed end of the exhaust tube.
  • the slots in the inlet tube and the outlet tube can serve as an inlet and/or outlet into the corresponding tube.
  • the slot in the inlet tube may serve as an inlet to a chamber in the shell.
  • the slot in the outlet tube may serve as an outlet to a chamber in the shell.
  • the chamber in the shell may accommodate the flattened wire wound on itself.
  • the inlet tube and the outlet tube may have as their function only the circulation of the cooling fluid and they may not provide the electrical connection of the coil.
  • the inlet tube and the outlet tube may have as a dual functionality the circulation of the cooling fluid as well as that of establishing the electrical connection of the coil.
  • the tooth may have a groove in which the coolant inlet tube can be housed.
  • the tooth may have a groove in which the coolant discharge tube can be housed.
  • the coil may have a single wire.
  • the coil may comprise at least two wires, in particular two wires, preferably superimposed on one another.
  • the coil may thus comprise several wires, in particular superimposed on one another, for example superimposed along the axial axis of the tooth.
  • the coil may comprise two wires stacked on top of each other along the axial axis of the tooth.
  • the two wires may be superimposed on top of each other around the same tooth.
  • the two wires may be superimposed along the axial axis of the tooth.
  • the two wires may be superimposed around the same tooth by being wound in the same direction of rotation.
  • the two wires may be superimposed around the same tooth by being wound in two different directions.
  • the two wires can be electrically connected together by soldering.
  • the two wires of the same coil may be separated in the corresponding shell by a separating wall.
  • the shell may be arranged in three parts.
  • the shell may thus comprise two half-shells as well as a separating wall.
  • the shell may not be in one piece. Alternatively, the shell may be in one piece.
  • the partition wall can be used to separate two chambers.
  • Each chamber can accommodate a wire from the coil.
  • each chamber can have at least two wires, in particular two wires.
  • the partition wall can allow each wire to contact a large amount of cooling fluid, thereby improving cooling.
  • the cooling fluid can flow from one chamber to the other through an orifice provided in the dividing wall.
  • This orifice allows the fluid connection between the two chambers separated by the dividing wall.
  • a connection element may be inserted into the hole in the wall to provide the electrical connection.
  • the hole in the wall may be slightly wider to provide insertion of said connection element and fluid connection between the two chambers.
  • the connection element may be made of a conductive material, such as copper.
  • the machine may include a connecting tube that provides the fluid connection between the two chambers.
  • the connecting tube may or may not also provide the electrical connection between the two wires.
  • connection tube may, for example, be made of electrically conductive material, in particular metal, for example copper.
  • connection tube may not be configured to provide the electrical connection.
  • the connection tube may be made of plastic.
  • the shape of the connecting tube may for example be hollow, in particular cylindrical in shape. In cross-section, the shape may be substantially circular, or alternatively substantially square, or alternatively substantially triangular.
  • the connecting tube may have two slots, namely a first slot and a second slot.
  • the first slot may be closer to one end of the connecting tube.
  • the second slot may be closer to the opposite end of the connecting tube.
  • the first and second slots may be arranged opposite each other with respect to a cross-section of the connecting tube.
  • the first and second slots may be arranged opposite each other with respect to a longitudinal axis of the connecting tube.
  • the first slot of the connecting tube can serve as an outlet to a first chamber provided in the hull.
  • the second slot of the connecting tube can serve as an inlet to a second chamber provided in the hull.
  • the connecting tube allows the circulation of the cooling fluid between the two chambers, in particular between the first chamber and the second chamber. It ensures the fluid connection between the two chambers.
  • the current inlet and outlet and the coolant inlet and recovery may be located on the outer diameter. of the stator.
  • the electrical connection can be made via the inlet tube.
  • the fluid connection can be made via the inlet tube.
  • the fluid connection can be made between the two chambers, in particular between the first and the second chamber.
  • the electric current may flow in the same direction in both wires.
  • the electric current may flow in a first direction in the first wire, and in an opposite direction in the second wire.
  • the teeth of the stator may each be of a generally substantially prismatic shape, in particular substantially trapezoidal, triangular, or even circular, comprising in particular, in cross section taken perpendicular to the axis of rotation of the machine, one or two portions of circles, in particular concentric, connected by two radii or, as a variant, one or two linear portions connected by two radii.
  • the larger portion of the two linear or partially circular portions may be located towards the outside of the machine.
  • the teeth of the stator may be of another shape, for example being rectangular.
  • the axial length of a tooth of the stator, measured along the axis of rotation of the machine, may be greater than the axial length of a winding measured along the axis of rotation of the machine.
  • the stator coils may be of corresponding shape.
  • the stator teeth have a front face facing the rotor. Said faces are preferably flat and extend perpendicular to the axis of rotation of the machine.
  • the stator may be without a yoke.
  • the stator may be concentrated wound, i.e. wound on teeth, with each coil surrounding a tooth, and each tooth carrying a coil.
  • the stator winding may be multiphase.
  • the number of phases may be at least 3, for example equal to 3, or greater than 3, for example 5, 7, 11, 13, or 17, or even more.
  • the stator may have between 6 and 48 teeth, for example 12 teeth in one embodiment.
  • the stator may have at least 6 teeth, for example 6, 12 or 18 teeth, or even more.
  • the stator coils are preferably each wound around a winding axis parallel to the axis of rotation X of the machine.
  • the coils may comprise copper or aluminum wires, or any other electrically conductive material.
  • the teeth of the stator can be attached to an annular stator armature.
  • the teeth can be made in one piece with this annular stator armature, or alternatively be held on it by any means such as for example gluing, welding, screwing, assembly, for example by dovetails, this list not being exhaustive.
  • the teeth can also be made of an isotropic material, such as for example magnetic powders agglomerated by sintering or bonding, anisotropic magnetic materials such as magnetic sheets, possibly with oriented grains, amorphous magnetic materials, or by adding metal according to so-called 3D printing processes.
  • an isotropic material such as for example magnetic powders agglomerated by sintering or bonding, anisotropic magnetic materials such as magnetic sheets, possibly with oriented grains, amorphous magnetic materials, or by adding metal according to so-called 3D printing processes.
  • the annular stator armature is preferably non-magnetic.
  • it is made of aluminum.
  • the stator can be without a magnetic yoke, which is less expensive.
  • the annular stator armature is not non-magnetic. In particular, it can be magnetic when it serves as a yoke.
  • the machine may have only one stator and one rotor.
  • the machine may comprise at least two rotors arranged on either side of the stator along the axis of rotation of the machine.
  • the machine may comprise a single stator and two rotors.
  • the stator is then said to be central.
  • the two rotors may be arranged on either side of the central stator, in particular at an equal distance from the central stator.
  • the two rotors surrounding the stator may be angularly offset relative to each other, or not. In one embodiment, there may be no angular offset between the two rotors.
  • the two rotors may be symmetrical relative to a plane perpendicular to the axis of rotation of the machine.
  • the stator teeth may each carry two coils arranged on the corresponding tooth on either side of the annular stator armature, each of the two coils facing one of the two rotors.
  • the stator teeth may in particular be attached by their middle to said annular stator armature.
  • the two resulting half-teeth can be of the same size, as can the coils which they carry.
  • the stator can be symmetrical about a plane perpendicular to the axis of rotation of the machine.
  • the machine may comprise two stators and a central rotor. In another embodiment, the machine may comprise several stators and several rotors.
  • the machine can be a synchronous or asynchronous motor or a synchronous or asynchronous generator.
  • the machine may have at least 4 stator teeth, for example 4, 6, 8, 10 or 12 stator teeth or any multiple thereof.
  • the machine according to the invention may constitute a motor.
  • the number of poles of the rotor of the machine may be at least 4, being for example 4, 6, 8, 10 or 12 or one of their multiples.
  • One of the advantages of such a machine is its compactness.
  • the machine may also constitute a generator.
  • it may have 4, 6, 8, 10 or 12 poles on the rotor of the machine for example, or one of their multiples.
  • the machine comprises, for example, 12 teeth and
  • the rotor may comprise a rotor mass and housings provided in the rotor mass, these housings being in particular in the form of slots.
  • the housings define magnetic poles of the rotor, said housings being able to contain or not each at least one permanent magnet.
  • the rotor may have permanent magnets inserted into the rotor mass.
  • the 11 may include permanent magnets, including surface or buried magnets.
  • the rotor may be flux-concentrating. It may include one or more layers of magnets arranged in an I, U or V shape, in one or more rows.
  • the housings for the permanent magnets may be made entirely by cutting into the sheets.
  • the rotor may comprise a shaft extending along an axis of rotation, on which the rotor mass is arranged.
  • This shaft is integral with the rotor(s), and rests by at least at least one bearing, for example one or two bearings, on a machine housing, in particular one or two end shield(s) of the machine.
  • the shaft may be made of a magnetic material, which advantageously reduces the risk of saturation in the rotor mass and improves the electromagnetic performance of the rotor.
  • the shaft may include a magnetic sleeve in contact with the rotor mass, the sleeve being mounted on an axis, magnetic or not.
  • the rotor may comprise a non-magnetic shaft on which the rotor mass is arranged.
  • the shaft may for example be made at least in part from a material from the following list, which is not limiting: non-magnetic steel, stainless steel, titanium or any other non-magnetic material.
  • the rotor mass may in one embodiment be arranged directly on the non-magnetic shaft, for example without an intermediate rim.
  • the rotor may comprise a rim surrounding the rotor shaft and bearing on the latter.
  • the rotor magnetic mass can be made in whole or in part with magnetic sheets.
  • Figure 1 is a schematic view of different machine configurations, with different numbers of stators and rotors,
  • FIG 2 is a schematic and partial perspective view of a stator according to the invention
  • FIG 3 is a schematic and partial top view of the stator of Figure 2
  • FIG 4 is a schematic and partial side view of the stator of Figure 2,
  • Figure 5 is a schematic and partial perspective view of a coil comprising a single wire
  • Figure 6 is a schematic, partial perspective top view of the coil of Figure 5
  • Figure 7 is a schematic and partial top view of the direction of current flow in the coil of Figure 6,
  • Figure 8 is an isolated perspective view of the coil inlet tube of Figure 6,
  • Figure 9 is an isolated perspective view of the coil exhaust tube of Figure 6,
  • Figure 10 is a schematic and partial view of the spacing member of the coil of Figure 6, according to a first embodiment
  • FIG 11 is a schematic and partial view of the spacing member of the coil of Figure 6, according to a second embodiment
  • Figure 12 is a schematic and partial view of the spacing member of the coil of Figure 6, according to a third embodiment
  • Figure 13 is an exploded, schematic and partial view of an alternative embodiment of a coil comprising two wires superimposed along the axial axis of the tooth,
  • Figure 14 is a schematic and partial perspective view of the closed hull of Figure 13,
  • Figure 15 is a schematic and partial perspective view of the hull of Figure 13, without an air gap wall,
  • Figure 16 is a section along axis A-A of Figure 14,
  • Figure 17 is a schematic and partial perspective view of the two wires superimposed around the tooth of the coil of Figure 13,
  • FIG 18 is a perspective view of the coil inlet tube of Figure 13,
  • FIG 19 is a perspective view of the exhaust tube of the coil of Figure 13,
  • FIG 20 is a perspective view of the coil connecting piece of Figure 13,
  • Figure 21 is a schematic and partial perspective view of another variant embodiment
  • Figure 22 is a schematic and partial perspective view of the coil of Figure 21,
  • Figure 23 is an isolated view of the coil connecting piece of Figure 21, and
  • Figure 24 is a schematic and partial view of the direction of flow of the electric current within the coil of Figure 21.
  • FIG. 1 illustrates three examples of rotating electrical machines 1a, 1b and 1c.
  • Each machine comprises at least one stator 2 and at least one rotor 4, arranged along the axis of rotation X of the machine, according to the axis 5 of the machine.
  • the stator 2 is cooled by a circulation of a cooling fluid.
  • the rotating electric machine 1a comprises a stator 2 and a rotor 4 separated by an air gap 3.
  • the rotating electric machine 1b comprises a stator 2 and two rotors 4 separated by two air gaps 3.
  • the rotating electric machine 1c comprises two stators 2 and a rotor 4 separated by two air gaps 3.
  • an exemplary embodiment of the invention comprising a single stator 2 and two rotors 4.
  • the two rotors 4 are arranged on either side of the central stator 2, at an equal distance from the stator 2.
  • the stator 2 may not have a yoke.
  • the stator 2 comprises twelve shells 9, as illustrated in FIGS. 2 and 3. Each shell 9 is arranged between two neighboring shells. All of the shells 9 are arranged in a circle, forming a central recess 16 for the passage of the axis 5.
  • Each shell 9 houses a single tooth 20.
  • the shell 9 has two air gap walls 11, each facing an air gap 3 and a rotor 4.
  • Each air gap wall 11 covers the tooth 20.
  • the shell 9 also comprises a peripheral wall 17 which connects to the air gap walls 11 of the shell 9.
  • the peripheral wall 17 is in one piece.
  • the shell 9 is closed on the tooth 20 in a sealed manner at the junction between the air gap walls 11 and the peripheral wall 17.
  • the shell has a height Ec of between 10 mm and 30 mm.
  • the air gap wall 11 which covers the tooth has a thickness Ep of between 0.3 mm and 1 mm.
  • the teeth 20 of the stator 2 are each of a generally triangular shape, comprising in cross section taken perpendicular to the axis of rotation X of the machine a portion of a circle and two radii.
  • Each tooth 20 carries a coil 100 wound concentrically around said tooth 20.
  • the coil 100 comprises a flattened wire 106.
  • the wire 106 is wound on itself around the corresponding tooth 20.
  • the flattened wire 106 has an elongated cross-section, of substantially rectangular shape. A ratio between a larger dimension of the cross-section of the wire 106 and a larger dimension perpendicular thereto, called the thickness e of the wire, is of the order of 5/2, as illustrated in FIG. 10.
  • the wire 106 is wound into a plurality of consecutive layers of flattened wire 106. Two consecutive layers of wire 106 are spaced apart by a non-zero distance d. Two consecutive layers of wire 106 are spaced apart by a distance d of between 0.1 mm and 0.5 mm.
  • the machine 1 is configured to allow the circulation of the cooling fluid between the layers of wire 106 in the shell 9.
  • the fluid follows a spiral path formed by the wound wire 106, as illustrated in Figure 6.
  • the flattened wire 106 is wound around the corresponding tooth 20 by being curved around a straight line parallel to the largest dimension of the cross-section of the wire 106.
  • the flattened wire 106 is wound around the corresponding tooth 20 without being curved around the thickness of the cross-section of the wire 106.
  • the wire 106 is wound on itself around the tooth 20 along an axial axis of the tooth, the axial axis of the tooth 20 extending parallel to the axis of rotation X of the machine.
  • Each shell 9 contains a tooth 20.
  • Each shell 9 has an inlet tube 12 for the cooling fluid and an outlet tube 18 for the cooling fluid, as illustrated in FIG. 4.
  • the tooth 20 has a groove 109, illustrated in Figure 5 and Figure 6, in which the cooling fluid evacuation tube 18 is housed.
  • the inlet tube 12 and the exhaust tube 18 of the shell 9 are configured to provide the electrical connection of the corresponding coil 100.
  • the inlet tube 12 and the discharge tube 18 have in this example a shape similar to each other, as illustrated in FIGS. 8 and 9. Said shape is hollow, forming a cylinder of revolution 108a and 108b, respectively for the inlet tube 12 and discharge tube 18. In cross section, the shape is substantially circular.
  • the inlet tube 12 and the discharge tube 18 respectively comprise a bottom 115a and 115b.
  • the inlet tube 12, illustrated in Figure 8, has a single slot 112. Said slot is closer to the closed circular end of the inlet tube 12.
  • the open and closed circular ends of the inlet tube are arranged opposite each other with respect to a longitudinal axis of the inlet tube 12.
  • the slot 112 of the inlet tube 12 serves as an inlet to a chamber 102 formed in the shell.
  • the slot 102 of the discharge tube 18 serves as an outlet from the chamber.
  • Each chamber 102 formed in the shell 9 houses a flattened wire 106 wound on itself.
  • the open circular end of the discharge tube 18 serves as an outlet from the corresponding chamber.
  • the discharge tube 18, illustrated in FIG. 9, has a single slot 111. Said slot 111 is closer to the closed circular end of the discharge tube 18.
  • the open and closed circular ends of the discharge tube are arranged opposite each other with respect to a longitudinal axis of the discharge tube 18.
  • the slot of the inlet tube 12 serves as an inlet to the chamber 102 formed in the shell 9.
  • the slot 111 of the discharge tube 18 serves as an outlet to the chamber 102 formed in the shell 9.
  • the open circular end of the discharge tube 13 serves as an outlet from the corresponding tube.
  • the inlet tube 12 and the outlet tube 18 have the dual function of circulating the cooling fluid as well as establishing the electrical connection of the coil.
  • the electric current flows from the current inlet 104 to the current outlet 103, through the wound coil 100, as illustrated in Figure 7.
  • the spacer member 120 comprises a plurality of pellets 123.
  • the pellets 123 are arranged between the layers of wire 106. All of the pellets have a thickness Ea of approximately 0.2 mm.
  • the spacing member 120 comprises a plurality of bars 121.
  • a bar 121 is of the shape parallelepiped.
  • the bars 121 are much longer than they are wide. They define large faces and small faces. They extend from a face of the corresponding shell 9 between the layers of wire 106, perpendicular to the direction of elongation of the wire 106. They are fixed to the wire 106 by a large face.
  • the spacing member 120 comprises a plurality of bars 122.
  • the bars 122 are of different sizes from the bars 121.
  • the bars 122 may be of the same size as the bars 121. They are placed at different heights of the wire 106 and are fixed to the wire 106 in the direction of elongation of said wire 106.
  • the spacer member 120 comprises a plurality of bars or pads depending on the chosen embodiment.
  • the spacer member 120 is arranged by gluing on one face of the wire 106. It is glued on the largest dimension of the cross section of said wire 106.
  • the pads or bars are positioned on curved portions of the wire 106 and straight portions of the wire 106. They are arranged on a given wire 106 at regular intervals. An interval between two consecutive pads or bars on a given wire is a non-zero distance D. They are also distributed at different heights of the wire 106, as illustrated in FIGS. 10 and 12.
  • FIG. 13 to 21 A second exemplary embodiment of the invention is illustrated in more detail in Figures 13 to 21.
  • the machine 1 comprises a single stator 2 and two rotors 4.
  • the coil 100 illustrated in detail in FIG. 13, comprises two concentrated wires 106, superimposed on one another along the axial axis of the tooth 20.
  • the shell 9, illustrated in figure 14, has two air gap walls 11. Each air gap wall has a hole 19 allowing the passage of the inlet tube 12 and the evacuation tube 18.
  • the coil 100 comprises two wires 106 stacked on top of each other along the axial axis of the tooth 20, as illustrated in FIGS. 15 and 16.
  • the two wires 106 are superimposed along the axial axis of the tooth 20, around the same tooth 20 while being wound on themselves in opposite directions of rotation.
  • the two wires 106 of the same coil 100 are separated in the corresponding shell 9 by a separation wall 21.
  • the separation wall is made in this example in one piece with the peripheral wall 17, as illustrated in FIGS. 13 and 16.
  • the two air gap walls 11 are identical to each other.
  • the dividing wall 21 makes it possible to separate two chambers 102.
  • Each chamber 102 houses a wire 106 from the coil.
  • the coil 100 formed of the two wires 106, comprises an inlet tube 12 shown in FIG. 18.
  • the inlet tube comprises a single slot 112.
  • the coil 100 also comprises an evacuation tube 18, shown in FIG. 19, comprising a single slot 111.
  • the inlet tube 12 and the discharge tube 18 have a shape similar to each other.
  • Said shape is hollow, cylindrical in shape, forming a cylinder of revolution respectively 138a and 138b. In cross section, the shape is substantially circular.
  • connection element 113 between the two wires 106 is rectangular in shape and does not have a slot, as illustrated in FIG. 20.
  • the connection element 113 provides the electrical connection between the two wires.
  • the connection element 113 is inserted into an orifice 130 provided in the separation wall 21.
  • the connection element 113 provides the fluid connection. It is made of copper.
  • the orifice 130 provides the fluid connection between the two chambers, as illustrated in FIG. 20.
  • the shell 9, illustrated in FIGS. 21 and 22, comprises three separate parts: two half-shells 17a and 17b and a dividing wall 21. According to this embodiment, the shell 9 is not in one piece.
  • a seal 13 is arranged between the two half-shells 17a and 17b.
  • the two half-shells 17a and 17b are assembled together in a sealed manner. The closure of the two half-shells 17a and 17b on each other is carried out with good sealing.
  • connection element between the two wires is a connection tube 113, illustrated in FIG. 23.
  • the shape of the connection tube 113 is hollow, cylindrical in shape. In cross section, its shape is substantially square. According to an alternative embodiment not shown, the shape of the connection tube could be substantially round in cross section.
  • the connecting tube 113 has two slots, namely a first slot 114a and a second slot 114b. The first slot 114a is closer to one end of the connecting tube 113. The second slot 114b is closer to the opposite end of the connecting tube 113.
  • the first and second slots 114a and 114b are arranged opposite each other relative to a cross-section of the connection tube 113.
  • the first and second slots 114a and 114b are arranged opposite each other relative to a longitudinal axis of the connection tube 113.
  • the first and second slots may be arranged on the same face of the connection tube.
  • the first slot 114a of the connection tube 113 serves as an outlet for a first chamber 102 formed in the shell 9.
  • the second slot 114b of the connection tube 113 serves as an inlet for a second chamber 102 formed in the shell 9.
  • the connecting tube 113 allows the circulation of the cooling fluid between the two chambers 102.
  • the machine 1 comprises an inlet tube 12 and an outlet tube 18, each respectively comprising a single slot, which are similar to the inlet and outlet tubes illustrated in figures 8 and 9.
  • the input 104 allowing the arrival of the current and the output 103 of the current in the concentrated coils are located on the external diameter of the stator 2.
  • the current inlet 104 and outlet 103 as well as the cooling fluid inlet and recovery are located on the external diameter of the stator 2.
  • the electric current flows in the same direction in both wires, as shown in Figure 24.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Abstract

Machine (1) électrique tournante à flux axial, comportant au moins un stator (2) et au moins un rotor (4), disposés le long de l'axe de rotation (X), le stator (2) étant refroidi par une circulation d'un fluide de refroidissement, le stator (2) comportant au moins une dent (20) portant une bobine (100) bobinée concentriquement autour de ladite dent (20), la bobine (100) comportant au moins un fil (106) aplati enroulé sur lui-même autour de la dent (20) correspondante en une pluralité de couches, deux couches consécutives de fil aplati (106) étant espacées d'une distance d non nulle, le stator (2) comportant en outre au moins une coque (9) logeant au moins une bobine (100) bobinée autour de ladite dent (20), la machine (1) étant configurée pour permettre la circulation du fluide de refroidissement entre les couches de fil (106) dans la coque (9).

Description

Description
Titre : Machine électrique tournante à flux axial
La présente invention revendique la priorité de la demande française 2302385 déposée le 15 mars 2023 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
Domaine technique
La présente invention concerne le domaine des machines électriques tournantes, et plus particulièrement celui des machines électriques tournantes à flux axial. L’invention porte plus particulièrement sur les machines refroidies par une circulation d’un fluide de refroidissement, notamment de l’huile, circulant au moins partiellement par le stator de la machine.
L’invention porte plus particulièrement sur les machines synchrones ou asynchrones, à courant alternatif. Elle concerne notamment les machines de traction ou de propulsion de véhicules automobiles électriques (Battery Electric Vehicle) et/ou hybrides (Hybrid Electric Vehicle - Plug-in Hybrid Electric Vehicle), telles que voitures individuelles, camionnettes, camions ou bus. L’invention s’applique également à des machines électriques tournantes pour des applications industrielles et/ou de production d’énergie, notamment navales, aéronautiques ou éoliennes.
Technique antérieure
Par « flux axial », il faut comprendre que le flux magnétique circulant dans la machine est orienté dans l’entrefer ménagé entre le rotor et le stator selon une direction parallèle à un axe de rotation de la machine, par contraste avec une machine dite à flux radial, dans laquelle le flux magnétique circule entre le rotor et le stator selon une direction radiale, donc perpendiculaire à l’axe de rotation de la machine.
De telles machines présentent de nombreux avantages, notamment en termes de densité de couple. De plus, leurs topologies peuvent être variées : une configuration avec un ou plusieurs rotors et un ou plusieurs stators est nettement facilitée, par comparaison avec les machines électriques tournantes à flux radial. En ce qui concerne le refroidissement des machines électriques tournantes à flux axial, celui-ci est généralement effectué de manière indirecte, c’est-à-dire avec conduction thermique à l’intérieur de la matière. Ceci conduit à avoir plusieurs résistances thermiques entre le fluide de refroidissement et les pièces à refroidir, d’où une mauvaise utilisation du potentiel thermique, c’est-à-dire 1‘ écart de température, entre source chaude et source froide. Pour augmenter la densité de puissance des moteurs, il existe un besoin pour améliorer l’efficacité du refroidissement.
On connaît des machines à flux axial, par exemple par les demandes EP 3 108 574, EP 2 606 561, EP 3 764 526, EP 4 018 529, WO 2022/214146, WO 2022/123408 au sein desquelles le fluide de refroidissement circule entre des bobines, à la périphérie de celles-ci. Ainsi, dans ces machines, le passage du fluide de refroidissement est très limité et les fils mêmes de la bobine sont peu en contact avec le fluide de refroidissement.
La demande internationale WO 2021/180267 porte sur une machine à flux axial au sein de laquelle le refroidissement se fait entre les dents et les bobines, avec une arrivée de liquide de refroidissement individuelle. La structure de la machine est complexe.
Il existe donc un besoin pour bénéficier d’une machine électrique tournante permettant d’augmenter la surface d’échange entre le fluide de refroidissement et les bobines, tout en ne complexifiant pas la structure de la machine.
Résumé de l’invention
L’invention vise à répondre à ce besoin et elle y parvient, selon l’un de ses aspects, grâce à une machine électrique tournante à flux axial, comportant au moins un stator et au moins un rotor, disposés le long d’un axe de rotation X de la machine, le stator étant refroidi par une circulation d’un fluide de refroidissement, le stator comportant une pluralité de dents, au moins une dent, voire chaque dent, portant une bobine bobinée concentriquement autour de ladite dent, la bobine comportant au moins un fil aplati enroulé sur lui-même autour de la dent correspondante en une pluralité de couches, deux couches consécutives de fil aplati étant espacées d’une distance d non nulle, le stator comportant au moins une coque, notamment une pluralité de coques, la coque, notamment chaque coque, logeant au moins une bobine bobinée autour de ladite dent, la machine étant configurée pour permettre la circulation du fluide de refroidissement entre les couches de fil dans la coque.
Grâce à l’espacement entre les couches de fil, dans lequel circule le fluide de refroidissement, on peut obtenir un refroidissement direct des bobines du stator en valorisant une grande surface d’échange entre les fils du bobinage et le fluide de refroidissement. Le fluide peut suivre un chemin en escargot formé par le fil enroulé. Cela est rendu possible grâce à la forme aplatie des fils. En effet, lesdits fils aplatis peuvent permettre d’éviter les fuites ou les glissements entre les couches qui auraient lieu lors de l’utilisation de fils ronds, notamment de deux fils ronds juxtaposés l’un sur l’autre.
On entend par « refroidissement direct » le fait que le fluide de refroidissement de la machine vienne directement au contact des bobines, notamment du ou des fils de la bobine. Le refroidissement direct permet d’avoir une grande surface d’échange thermique. Le fluide étant directement au contact des bobines de ladite machine, cela permet d’éviter toute résistance thermique intermédiaire due aux conductions dans la matière et aux interfaces intermédiaires.
Le fluide de refroidissement peut être un liquide, par exemple de l’eau ou de l’huile. Le fluide de refroidissement peut être de l’eau déionisée. En variante, le fluide de refroidissement peut être un gaz, par exemple de l'air. De préférence, le fluide n’est pas ionique.
Par « disposés le long d’un axe de rotation de la machine », on entend que lorsque l’on se déplace le long de l’axe de rotation X de la machine, on rencontre successivement l’un du stator et du rotor, puis l’autre du stator et du rotor. Les stator(s) et rotor(s) de la machine sont ainsi disposés successivement le long de l’axe de rotation de la machine, et non pas disposés de manière concentrique, comme dans les machines à flux radial.
Grâce à l’orientation axiale de la machine selon l’invention, l’encombrement de la machine peut être réduit et sa compacité améliorée. La surface de l’entrefer entre le rotor et le stator étant plus grande, on obtient une meilleure conversion électromécanique. En effet, la surface de l’entrefer est, dans le cas d’une machine à flux axial, faiblement liée à la longueur du stator et du rotor. La machine peut donc être moins volumineuse.
Exposé de l’invention La bobine concentrée peut comporter un fil conducteur aplati. On entend par ‘fil aplati’ un fil ayant une section transversale allongée, par exemple de forme rectangulaire ou sensiblement rectangulaire. Un rapport entre une plus grande dimension de la section transversale du fil et une plus grande dimension perpendiculaire à celle-ci, dite épaisseur e du fil, peut être strictement supérieur à 1, mieux supérieur à 1,5, voire supérieur à 2, étant par exemple de l’ordre de 5/2. Il est également possible d’utiliser des fils aplatis dont le rapport entre la plus grande dimension de la section transversale du fil et une plus grande dimension perpendiculaire à celle-ci, peut être supérieure à 3, mieux supérieure à 3,5, voire supérieure à 4, étant par exemple de l’ordre de 5.
Le ou les fils peuvent être en cuivre. En variante, les fils peuvent être en aluminium. Ils peuvent être émaillés. En variante, le ou les fils peuvent ne pas être émaillés, mais recouverts d’un isolant non émaillé.
Le fil aplati peut être bobiné autour de la dent correspondante en étant courbé parallèlement à la plus grande dimension de la section transversale du fil. Dans un mode de réalisation, le fil aplati est bobiné autour de la dent correspondante sans être courbé autour de l’épaisseur de la section transversale du fil. Avantageusement, une telle configuration permet d’obtenir un rayon de courbure du fil plus petit, le fil pouvant être ainsi plus courbé autour de la dent.
Deux couches consécutives de fil aplati peuvent être espacées d’une distance d comprise entre 0,05 mm et 1 mm, de préférence entre 0,08 mm et 0,9 mm, mieux entre 0,1 mm et 0,5 mm.
Un rapport d/e entre la distance d et l’épaisseur e du fil peut être compris entre 0,02 et 0,5, de préférence entre 0,05 et 0,4, mieux entre 0,1 et 0,3.
On entend par « deux couches consécutives de fil » deux couches d’un même fil. Le fil peut être enroulé sur lui-même autour de la dent le long d’un axe axial de la dent. L’axe axial de la dent s’étend parallèlement à l’axe de rotation X de la machine.
Lorsque la bobine comporte plusieurs fils, les fils peuvent être empilés les uns sur les autres le long de l’axe axial de la dent.
Un fil est enroulé sur lui-même parallèlement à sa plus grande dimension de la section transversale dudit fil. Deux couches consécutives de fil aplati peuvent être espacées entre elles par un organe d’écartement, comportant notamment une pluralité de pastilles disposées entre les couches de fil.
L’organe d’écartement peut être fixé de manière amovible ou non au fil ou à la coque. En variante, il peut être d’un seul tenant avec le fil ou la coque.
L’organe d’écartement peut comporter une pluralité de barrettes ou de pastilles, lesquelles peuvent être disposées entre les couches de fil.
Une barrette peut être de forme parallélépipédique. Elle peut être beaucoup plus longue que large. Elle peut ainsi définir des grandes faces et des petites faces. Elle peut s’étendre depuis une face de la coque correspondante entre les couches de fil, notamment perpendiculairement au sens d’élongation du fil. En variante, la barrette peut s’étendre parallèlement au sens d’élongation du fil. Elle peut être fixée à la coque par une petite face. En variante, elle peut être fixée au fil, par exemple par une grande face. Elle peut être placée sur le fil perpendiculairement au sens d’élongation du fil. En variante, elle peut être placée sur le fil parallèlement au sens d’élongation du fil.
Une pastille peut être sensiblement aussi longue que large. Elle peut être de forme circulaire ou de toute autre forme, par exemple de forme rectangulaire. Elle peut être fixée à la coque. En variante, elle peut être fixée au fil.
L’organe d’écartement, pouvant comporter une pluralité de barrettes ou de pastilles, peut être disposé, notamment par collage, sur une face du fil, notamment sur la plus grande dimension de la section transversale dudit fil.
Une pastille peut être fixée, par exemple collée, sur la plus grande dimension de la section transversale du fil. Elle peut être d’épaisseur plus petite que la plus grande dimension de la section transversale du fil. En variante elle peut être d’épaisseur égale ou plus large que la plus grande dimension transversale du fil.
Une pastille, notamment toutes les pastilles, ou une barrette, notamment toutes les barrettes, peuvent avoir une épaisseur Ea comprise entre 0,01 mm et 0,9 mm, de préférence entre 0,05 et 0,7 mm, mieux entre 0,1 mm et 0,5 mm, notamment d’environ 0,2 mm.
Les pastilles ou barrettes peuvent notamment être positionnées sur des parties courbées du fil. En variante, elles peuvent être positionnées sur des parties rectilignes du fil. Elles peuvent également être positionnées sur des parties courbées et des parties rectilignes du fil.
Elles peuvent être disposées sur un fil donné à intervalles réguliers ou non. Plusieurs pastilles de forme différentes peuvent être disposées sur un même fil, suivant un motif régulier ou aléatoire. Un intervalle entre deux pastilles consécutives sur un fil donné peut être d’une distance D non nulle. Elles peuvent être également réparties à différentes hauteurs du fil.
Les pastilles ou barrettes peuvent avantageusement, outre leur fonction d’écartement, jouer le rôle de perturbateur d’écoulement. En effet, elles peuvent permettre de générer des vortex locaux, et favoriser ainsi le refroidissement des bobines. Cela permet d’augmenter les zones de turbulences et de créer des perturbations, améliorant l’écoulement du fluide notamment en générant des vortex locaux.
L’organe d’écartement peut comporter des pastilles composées d’un matériau minéral, notamment en verre ou en céramique. En variante, les pastilles peuvent être composées d’un matériau organique, notamment polymère. De préférence, ce matériau polymère peut supporter des températures de l’ordre de 200 à 250°C.
Une coque peut loger une unique dent. En variante la coque peut loger une pluralité de dents, notamment deux dents. Dans un mode de réalisation, la coque peut loger l’ensemble des dents du stator.
La coque peut comporter des cloisons internes, notamment au moins une cloison interne. En variante, la coque peut comporter plus de deux cloisons internes. La coque peut comporter autant de cloisons internes que de dents. Chaque dent peut être séparée des autres dents par deux cloisons s’étendant de part et d’autre de ladite dent.
Selon ce mode de réalisation, la coque peut apporter de la rigidité au stator. De plus, ce mode de réalisation permet un assemblage plus facile de la machine.
La coque peut comporter une paroi entourant la dent portant la bobine logée dans ladite coque. Cette paroi peut être au contact de la dent.
La coque peut comporter au moins une paroi d’entrefer faisant face à l’entrefer et au rotor. La paroi d’entrefer peut recouvrir la dent. La coque peut avoir une épaisseur de la paroi d’entrefer Ep comprise entre 0,2 mm et 5 mm, de préférence entre 0,25 mm et 2 mm, mieux entre 0,3 mm et 1 mm. L’épaisseur de la paroi d’entrefer est très faible, ce qui permet de réduire l’encombrement de la coque au niveau de l’entrefer. La coque peut également comporter une paroi périphérique qui se raccorde à la paroi d’entrefer de la coque.
Cette paroi périphérique peut comporter deux demi-coques, une première demi- coque et une seconde demi-coque. Ces deux demi-coques peuvent être symétriques l’une par rapport à l’autre. En variante, elles peuvent ne pas être symétriques l’une par rapport à l’autre.
Les deux demi-coques peuvent être assemblées entre elles de manière étanche. La fermeture des deux demi-coques l’une sur l’autre peut être réalisée avec une bonne étanchéité. Un joint d’étanchéité peut être disposé entre les deux demi-coques. Une demi- coque peut comporter une lèvre d’étanchéité venant recouvrir une rainure de l’autre demi- coque.
La coque peut avoir une hauteur Ec. La hauteur Ec peut être comprise entre 3 mm et 100 mm, de préférence entre 5 mm et 50 mm, mieux entre 10 mm et 30 mm.
La coque peut être en matière plastique, notamment en plastique moulé.
La paroi d’entrefer peut recouvrir la dent, ou en variante ne pas la recouvrir. La paroi d’entrefer peut ménager une fenêtre pour la dent. La dent peut être visible de l’extérieur de la coque, lorsque la coque est en place sur la dent. La dent peut venir affleurer la coque, notamment au niveau de sa paroi d’entrefer. En variante, la dent peut être légèrement en retrait de la coque ou au contraire être proéminente par rapport à la coque pour réduire l’entrefer magnétique.
La coque peut être fermée sur la dent de manière étanche au niveau de la fenêtre entourant la dent.
Lorsque le stator est dépourvu de culasse, la dent est insérée dans la coque, notamment en entier. Dans ce cas, la coque peut comporter notamment deux parois d’entrefer, chacune faisant face à un rotor, et qui font face aux deux entrefers.
Lorsque le stator est pourvu d’une culasse, la coque peut alors ne pas être percée au niveau de la paroi faisant face à la culasse. La dent peut être insérée entre un bord de la culasse et les parois d’entrefer de la coque.
Les caractéristiques décrites ci-dessus sont valables pour au moins une coque, notamment deux coques, mieux plusieurs coques, voire toutes les coques du stator, mieux toutes les coques de la machine. La coque peut comporter un tube d’entrée pour le fluide de refroidissement et un tube d’évacuation du fluide de refroidissement.
Le tube d’entrée et le tube d’évacuation de la coque peuvent être configurés pour assurer la connexion électrique de la bobine correspondante. Ils peuvent par exemple être réalisés en matière électriquement conductrice, notamment métallique, par exemple en cuivre.
En variante, les tubes d’entrée et d’évacuation peuvent ne pas être configurés pour assurer la connexion électrique. Ils peuvent par exemple être réalisés en matière plastique.
Le tube d’entrée et le tube d’évacuation peuvent avoir une forme semblable l’un à l’autre. En variante, ils peuvent avoir une forme différente. Ladite forme peut par exemple être creuse, notamment de forme cylindrique. En section transversale, la forme peut être sensiblement circulaire, ou en variante sensiblement carrée, ou en variante sensiblement triangulaire.
Le tube d’entrée peut comporter une première extrémité ouverte. Le tube d’entrée peut comporter une deuxième extrémité fermée. L’extrémité fermée peut être opposée à l’extrémité ouverte selon l’axe longitudinal du tube d’entrée.
Le tube d’entrée peut comporter une ou plusieurs fentes notamment une unique fente. Ladite fente peut être plus proche de l’extrémité fermée du tube d’entrée.
Le tube d’évacuation peut comporter une première extrémité ouverte. Le tube d’entrée peut comporter une deuxième extrémité fermée. L’extrémité fermée peut être opposée à l’extrémité ouverte selon l’axe longitudinal du tube d’évacuation.
Le tube d’évacuation peut comporter une ou plusieurs fentes, notamment une unique fente. Ladite fente peut être plus proche de l’extrémité fermée du tube d’évacuation.
Les fentes du tube d’entrée et du tube d’évacuation peuvent servir d’entrée et/ou de sortie dans le tube correspondant.
La fente du tube d’entrée peut servir d’entrée à une chambre ménagée dans la coque. La fente du tube d’évacuation peut servir de sortie à une chambre ménagée dans la coque. La chambre ménagée dans la coque peut loger le fil aplati enroulé sur lui-même.
Le tube d’entrée et le tube d’évacuation peuvent avoir comme fonctionnalité seule la circulation du fluide de refroidissement et ils peuvent ne pas assurer la connexion électrique de la bobine. En variante, le tube d’entrée et le tube d’évacuation peuvent avoir comme double fonctionnalité la circulation du fluide de refroidissement ainsi que celui d’établir la connexion électrique de la bobine.
La dent peut comporter une rainure dans laquelle peut venir se loger le tube d’entrée du fluide de refroidissement. La dent peut avoir une rainure dans laquelle peut venir se loger le tube d’évacuation du fluide de refroidissement.
La bobine peut comporter un unique fil.
En variante, la bobine peut comporter au moins deux fils, notamment deux fils, de préférence superposés l’un sur l’autre. La bobine peut ainsi comporter plusieurs fils, notamment superposés les uns par rapport aux autres, par exemple superposés selon l’axe axial de la dent.
Selon un mode de réalisation, la bobine peut comporter deux fils empilés l’un sur l’autre selon l’axe axial de la dent. Les deux fils peuvent être superposés l’un sur l’autre autour de la même dent. Les deux fils peuvent être superposés le long de l’axe axial de la dent. Les deux fils peuvent être superposés autour de la même dent en étant enroulés selon un même sens de rotation. En variante, les deux fils peuvent être superposés autour de la même dent en étant enroulés dans deux sens différents.
L’agencement des fils superposés l’un sur l’autre permet de minimiser les pertes Joules AC.
Les deux fils peuvent être électriquement connectés entre eux par une soudure.
Les deux fils d’une même bobine peuvent être séparés dans la coque correspondante par une paroi de séparation. La coque peut être agencée en trois parties. La coque peut ainsi comporter deux demi-coques ainsi qu’une paroi de séparation. La coque peut ne pas être d’un seul tenant. En variante, la coque peut être d’un seul tenant.
La paroi de séparation peut permettre de séparer deux chambres. Chaque chambre peut loger un fil de la bobine. En variante chaque chambre peut comporter au moins deux fils, notamment deux fils.
La paroi de séparation peut permettre le contact de chaque fil avec une quantité importante de fluide de refroidissement, ce qui permet d’améliorer le refroidissement.
Le fluide de refroidissement peut circuler d’une chambre à l’autre par un orifice ménagé dans la paroi de séparation. Cet orifice permet la connexion fluidique entre les deux chambres séparées par la paroi de séparation. En variante, un élément de connexion peut être insérée dans l’orifice ménagé dans la paroi afin d’assurer la connexion électrique. L’orifice ménagé dans la paroi peut être légèrement plus large afin d’assurer l’insertion dudit élément de connexion ainsi que la connexion fluidique entre les deux chambres. L’élément de connexion peut être d’un matériau conducteur, notamment en cuivre.
En variante, la machine peut comporter un tube de connexion permettant la connexion fluidique entre les deux chambres. Le tube de connexion peut ou non assurer également la connexion électrique entre les deux fils. En variante, il est possible de ne pas utiliser de tube de connexion. Dans ce cas, une soudure peut connecter électriquement les deux fils.
Le tube de connexion peut par exemple être réalisé en matière électriquement conductrice, notamment métallique, par exemple en cuivre.
En variante, le tube de connexion peut ne pas être configuré pour assurer la connexion électrique. Il peut par exemple être réalisé en matière plastique.
La forme du tube de connexion peut par exemple être creuse, notamment de forme cylindrique. En section transversale, la forme peut être sensiblement circulaire, ou en variante sensiblement carrée, ou en variante sensiblement triangulaire.
Le tube de connexion peut comporter deux fentes, à savoir une première fente et une seconde fente. La première fente peut être plus proche d’une extrémité du tube de connexion. La seconde fente peut être plus proche de l’extrémité opposée du tube de connexion. Les première et seconde fentes peuvent être disposées à l’opposé l’une de l’autre par rapport à une section transversale du tube de connexion. Les première et seconde fentes peuvent être disposées à l’opposé l’une de l’autre par rapport à un axe longitudinal du tube de connexion.
La première fente du tube de connexion peut servir de sortie à une première chambre ménagée dans la coque. La seconde fente du tube de connexion peut servir d’entrée à une deuxième chambre ménagée dans la coque.
Le tube de connexion permet la circulation du fluide de refroidissement entre les deux chambres, notamment entre la première chambre et la seconde chambre. Il permet d’assurer la connexion fluidique entre les deux chambres.
Dans un mode de réalisation, l’arrivée et la sortie du courant ainsi que l’arrivée et la récupération du fluide de refroidissement peuvent être situées sur le diamètre externe du stator. La connexion électrique peut se faire par l’intermédiaire du tube d’entrée. La connexion fluidique peut se faire par l’intermédiaire du tube d’entrée. La connexion fluidique peut se faire entre les deux chambres, notamment entre la première et la seconde chambre.
Dans un mode de réalisation, le courant électrique peut circuler dans le même sens dans les deux fils. En variante, le courant électrique peut circuler selon un premier sens au sein du premier fil, et dans un sens opposé au sein du second fil.
Les dents du stator peuvent être chacune de forme générale sensiblement prismatique, notamment sensiblement trapézoïdale, triangulaire, ou encore en cercle, comportant notamment, en section transversale prise perpendiculairement à l’axe de rotation de la machine, une ou deux portions de cercles, notamment concentriques, reliées par deux rayons ou en variante une ou deux portions linéaires reliées par deux rayons.
La plus grande portion des deux portions linéaires ou partiellement circulaires peut être située vers l’extérieur de la machine. En variante encore, les dents du stator peuvent être de forme autre, étant par exemple rectangulaire. La longueur axiale d’une dent du stator, mesurée selon l’axe de rotation de la machine, peut être supérieure à la longueur axiale d’un bobinage mesurée selon l’axe de rotation de la machine.
Les bobines du stator peuvent être de forme correspondante. Les dents du stator présentent une face avant faisant face au rotor. Lesdites faces sont de préférence planes et s’étendent perpendiculairement à l’axe de rotation de la machine.
Le stator peut être dépourvu d’une culasse.
Le stator peut être à bobinage concentré, c’est-à-dire bobiné sur dents, avec chaque bobine entourant une dent, et chaque dent portant une bobine. Le bobinage du stator peut être multiphasé. Le nombre de phases peut être d’au moins 3, étant par exemple égal à 3, ou supérieur à 3, par exemple de 5, 7, 11, 13, ou 17, voire plus encore.
Les fils utilisés peuvent être isolés à basse tension, étant émaillés voire même émaillés guipés, ou à moyenne tension, étant isolés par du papier de mica par exemple, voire encore à très haute tension, étant par exemple réalisés avec du câble à haute tension.
Le stator peut comporter entre 6 et 48 dents, par exemple 12 dents dans un mode de réalisation. Le stator peut comporter au moins 6 dents, par exemple 6, 12 ou 18 dents, voire plus encore. Les bobines du stator sont de préférence chacune bobinée autour d’un axe de bobinage parallèle à l’axe de rotation X de la machine. Les bobines peuvent comporter des fils de cuivre ou d’aluminium, ou de tout autre matériau électriquement conducteur.
Les dents du stator peuvent être rattachées à une armature statorique annulaire Les dents peuvent être réalisées d’un seul tenant avec cette armature statorique annulaire, ou en variante être maintenues dessus par tout moyen tel que par exemple collage, soudage, vissage, assemblage, par exemple par queues d’aronde, cette liste n’étant pas limitative.
Les dents peuvent être formées d’un empilage de tôles, maintenues solidaires entre elles par tout moyen tel que par exemple collage, encliquetage, rivetage et rattachées à l’armature statorique annulaire par exemple par vissage.
Les dents peuvent également être réalisées dans un matériau isotrope, tel que par exemple des poudres magnétiques agglomérées par frittage ou collage, des matériaux magnétiques anisotropes comme des tôles magnétiques, éventuellement à grains orientés, des matériaux magnétiques amorphes, ou grâce à l’apport de métal selon les procédés dits d’impression 3D.
L’armature statorique annulaire est de préférence amagnétique. Elle est par exemple réalisée en aluminium. Ainsi, le stator peut être dépourvu de culasse magnétique, ce qui est moins coûteux. En variante, l’armature statorique annulaire n’est pas amagnétique. Elle peut notamment être magnétique lorsqu’elle sert de culasse.
La machine peut comporter un seul stator et un seul rotor.
En variante, la machine peut comporter au moins deux rotors disposés de part et d’autre du stator le long de l’axe de rotation de la machine. La machine peut comporter un unique stator et deux rotors. Le stator est alors dit central. Les deux rotors peuvent être agencés de part et d’autre du stator central, notamment à égale distance du stator central.
Les deux rotors entourant le stator peuvent être angulairement décalés l’un par rapport à l’autre, ou non. Il peut dans un mode de réalisation ne pas y avoir de décalage angulaire entre les deux rotors. Les deux rotors peuvent être symétriques par rapport à un plan perpendiculaire à l’axe de rotation de la machine.
Les dents du stator peuvent porter chacune deux bobines disposées sur la dent correspondante de part et d’autre de l’armature statorique annulaire, chacune des deux bobines faisant face à l’un des deux rotors. Les dents du stator peuvent notamment être rattachées par leur milieu à ladite armature statorique annulaire. Les deux demi-dents résultantes peuvent être de même taille, de même que les bobines qu’elles portent.
Le stator peut être symétrique par rapport à un plan perpendiculaire à l’axe de rotation de la machine.
Dans une autre variante de réalisation, la machine peut comporter deux stators et un rotor central. En variante encore, la machine peut comporter plusieurs stators et plusieurs rotors.
La machine peut constituer un moteur synchrone ou asynchrone ou une génératrice synchrone ou asynchrone.
La machine peut comporter au moins 4 dents au stator, par exemple 4, 6, 8, 10 ou 12 dents au stator ou l’un de leurs multiples.
La machine selon l’invention peut constituer un moteur. Dans le cas d’un moteur, le nombre de pôles du rotor de la machine peut être d’au moins 4, étant par exemple de 4, 6, 8, 10 ou 12 ou l’un de leurs multiples. Un des intérêts d’une telle machine est sa compacité.
En variante, la machine peut également constituer un générateur. Dans ce cas, elle peut comporter 4, 6, 8, 10 ou 12 pôles au rotor de la machine par exemple, ou l’un de leurs multiples.
Dans une variante de réalisation, la machine comporte par exemple 12 dents et
10 pôles
Le rotor peut comporter une masse rotorique et des logements ménagés dans la masse rotorique, ces logements étant notamment en forme de fentes. Les logements définissent des pôles magnétiques du rotor, lesdits logements pouvant contenir ou non chacun au moins un aimant permanent.
Le rotor peut comporter des aimants permanents insérés dans la masse rotorique.
11 peut comporter des aimants permanents, avec notamment des aimants surfaciques ou enterrés. Le rotor peut être à concentration de flux. Il peut comporter une ou plusieurs couches d’aimants disposées en I, en U ou en V, en une ou plusieurs rangées. Les logements des aimants permanents peuvent être réalisées entièrement par découpage dans les tôles.
Le rotor peut comporter un arbre s’étendant selon un axe de rotation, sur lequel est disposée la masse rotorique. Cet arbre est solidaire du ou des rotors, et repose par au moins un palier, par exemple un ou deux paliers, sur un carter de la machine, notamment un ou deux flasque(s) d’extrémité de la machine.
L’arbre peut être réalisé dans un matériau magnétique, ce qui permet avantageusement de diminuer le risque de saturation dans la masse rotorique et d’améliorer les performances électromagnétiques du rotor. L’arbre peut comporter un manchon magnétique en contact avec la masse rotorique, le manchon étant monté sur un axe, magnétique ou non.
En variante, le rotor peut comporter un arbre amagnétique sur lequel est disposée la masse rotorique. L’arbre peut par exemple être réalisé au moins en partie dans un matériau de la liste suivante, qui n’est pas limitative : acier amagnétique, inox, titane ou tout autre matériau amagnétique La masse rotorique peut dans un mode de réalisation être disposée directement sur l’arbre amagnétique, par exemple sans jante intermédiaire. En variante, notamment dans le cas où l’arbre n’est pas amagnétique, le rotor peut comporter une jante entourant l’arbre du rotor et venant prendre appui sur ce dernier.
La masse magnétique rotorique peut être en tout ou en partie réalisée avec des tôles magnétiques.
Brève description des dessins
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de réalisation non limitatifs de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé sur lequel :
[Fig 1] La figure 1 est une vue schématique de différentes configurations de machines, avec différents nombres de stators et de rotors,
[Fig 2] La figure 2 est une vue en perspective, schématique et partielle, d’un stator selon l’invention,
[Fig 3] La figure 3 est une vue de dessus, schématique et partielle, du stator de la figure 2,
[Fig 4] La figure 4 est une vue de côté, schématique et partielle, du stator de la figure 2,
[Fig 5] La figure 5 est une vue en perspective, schématique et partielle, d’une bobine comportant un fil unique, [Fig 6] La figure 6 est une vue du dessus en perspective, schématique et partielle de la bobine de la figure 5,
[Fig 7] La figure 7 est une vue du dessus, schématique et partielle du sens de circulation du courant dans la bobine de la figure 6,
[Fig 8] La figure 8 est une vue isolée en perspective du tube d’entrée de la bobine de la figure 6,
[Fig 9] La figure 9 est une vue isolée en perspective du tube d’évacuation de la bobine de la figure 6,
[Fig 10] La figure 10 est une vue schématique et partielle de l’organe d’écartement de la bobine de la figure 6, selon un premier mode de réalisation,
[Fig 11] La figure 11 est une vue schématique et partielle de l’organe d’écartement de la bobine de la figure 6, selon un second mode de réalisation,
[Fig 12] La figure 12 est une vue schématique et partielle de l’organe d’écartement de la bobine de la figure 6, selon un troisième mode de réalisation,
[Fig 13] La figure 13 est une vue éclatée, schématique et partielle, d’une variante de réalisation de bobine comportant deux fils superposés selon l’axe axial de la dent,
[Fig 14] La figure 14 est une vue en perspective, schématique et partielle, de la coque fermée de la figure 13,
[Fig 15] La figure 15 est une vue en perspective, schématique et partielle, de la coque de la figure 13, dépourvue de paroi d’entrefer,
[Fig 16] La figure 16 est une coupe selon l’axe A-A de la figure 14,
[Fig 17] La figure 17 est une vue en perspective, schématique et partielle, des deux fils superposés autour de la dent de la bobine de la figure 13,
[Fig 18] La figure 18 est une vue en perspective du tube d’entrée de la bobine de la figure 13,
[Fig 19] La figure 19 est une vue en perspective du tube d’évacuation de la bobine de la figure 13,
[Fig 20] La figure 20 est une vue en perspective de la pièce de liaison de la bobine de la figure 13,
[Fig 21] La figure 21 est une vue en perspective, schématique et partielle, d’une autre variante de réalisation, [Fig 22] La figure 22 est une vue en perspective, schématique et partielle, de la bobine de la figure 21,
[Fig 23] La figure 23 est une vue isolée de la pièce de liaison de la bobine de la figure 21, et
[Fig 24] La figure 24 est une vue schématique et partielle du sens de circulation du courant électrique au sein de la bobine de la figure 21.
Description détaillée
On a illustré à la figure 1 trois exemples de machines électriques tournantes la, 1b et le. Chaque machine comporte au moins un stator 2 et au moins un rotor 4, disposés le long de l’axe de rotation X de la machine, selon l’axe 5 de la machine. Le stator 2 est refroidi par une circulation d’un fluide de refroidissement.
La machine électrique tournante la comporte un stator 2 et un rotor 4 séparés par un entrefer 3. La machine électrique tournante 1b comporte un stator 2 et deux rotors 4 séparés par deux entrefers 3. La machine électrique tournante le comporte deux stators 2 et un rotor 4 séparés par deux entrefers 3.
On va maintenant décrire plus en détails, en références aux figures 2 à 12, un exemple de réalisation de l’invention comportant un unique stator 2 et deux rotors 4. Les deux rotors 4 sont agencés de part et d’autre du stator 2 central, à égale distance du stator 2. Le stator 2 peut être dépourvu d’une culasse.
Le stator 2 comporte douze coques 9, comme illustré aux figures 2 et 3. Chaque coque 9 est agencée entre deux coques voisines. L’ensemble des coques 9 est disposé en cercle, formant un évidemment 16 central pour le passage de l’axe 5.
Chaque coque 9 loge une unique dent 20. La coque 9 comporte deux parois d’entrefer 11, chacune faisant face à un entrefer 3 et à un rotor 4. Chaque paroi d’entrefer 11 recouvre la dent 20.
La coque 9 comporte également une paroi périphérique 17 qui se raccorde aux parois d’entrefer 11 de la coque 9. La paroi périphérique 17 est d’un seul tenant. La coque 9 est fermée sur la dent 20 de manière étanche au niveau de la jonction entre les parois d’entrefer 11 et la paroi périphérique 17.
La coque a une hauteur Ec comprise entre 10 mm et 30 mm. La paroi d’entrefer 11 qui recouvre la dent a une épaisseur Ep comprise entre 0,3 mm et 1mm. Les dents 20 du stator 2 sont chacune de forme générale sensiblement triangulaire, comportant en section transversale prise perpendiculairement à l’axe de rotation X de la machine une portion de cercle et deux rayons.
Les caractéristiques décrites ci-dessus sont valables pour toutes les dents 20 de la machine 1.
Chaque dent 20 porte une bobine 100 bobinée concentriquement autour de ladite dent 20. La bobine 100 comporte un fil 106 aplati. Le fil 106 est enroulé sur lui -même autour de la dent 20 correspondante. Le fil 106 aplati possède une section transversale allongée, de forme sensiblement rectangulaire. Un rapport entre une plus grande dimension de la section transversale du fil 106 et une plus grande dimension perpendiculaire à celle-ci, dite épaisseur e du fil, est de l’ordre de 5/2, comme illustré à la figure 10.
Le fil 106 est enroulé en une pluralité de couche consécutives de fil aplati 106. Deux couches consécutives de fil 106 sont espacées d’une distance d non nulle. Deux couches consécutives de fil 106 sont espacées d’une distance d comprise entre 0,1 mm et 0,5 mm.
La machine 1 est configurée pour permettre la circulation du fluide de refroidissement entre les couches de fil 106 dans la coque 9. Le fluide suit un chemin en escargot formé par le fil 106 enroulé, comme illustré à la figure 6.
Le fil aplati 106 est bobiné autour de la dent 20 correspondante en étant courbé autour d’une droite parallèle à la plus grande dimension de la section transversale du fil 106. Le fil aplati 106 est bobiné autour de la dent 20 correspondante sans être courbé autour de l’épaisseur de la section transversale du fil 106. Le fil 106 est enroulé sur lui-même autour de la dent 20 le long d’un axe axial de la dent, l’axe axial de la dent 20 s’étendant parallèlement à l’axe de rotation X de la machine.
Chaque coque 9 renferme une dent 20. Chaque coque 9 comporte un tube d’entrée 12 pour le fluide de refroidissement et un tube d’évacuation 18 du fluide de refroidissement, comme illustré à la figure 4.
La dent 20 comporte une rainure 109, illustrée à la figure 5 et à la figure 6, dans laquelle vient se loger le tube d’évacuation 18 du fluide de refroidissement.
Le tube d’entrée 12 et le tube d’évacuation 18 de la coque 9 sont configurés pour assurer la connexion électrique de la bobine 100 correspondante. Le tube d’entrée 12 et le tube d’évacuation 18 ont dans cet exemple une forme semblable l’un à l’autre, comme illustré aux figures 8 et 9. Ladite forme est creuse, formant un cylindre de révolution 108a et 108b, respectivement pour les tubes d’entrée 12 et d’évacuation 18. En section transversale, la forme est sensiblement circulaire. Le tube d’entrée 12 et le tube d’évacuation 18 comportent respectivement un fond 115a et 115b.
Le tube d’entrée 12, illustré à la figure 8, comporte une unique fente 112. Ladite fente est plus proche de l’extrémité circulaire fermée du tube d’entrée 12. Les extrémités circulaires ouverte et fermée du tube d’entrée sont disposées à l’opposé l’une de l’autre par rapport à un axe longitudinal du tube d’entrée 12.
La fente 112 du tube d’entrée 12 sert d’entrée à une chambre 102 ménagée dans la coque. La fente 102 du tube d’évacuation 18 sert de sortie hors de la chambre. Chaque chambre 102 ménagée dans la coque 9 loge un fil aplati 106 enroulé sur lui -même. L’extrémité circulaire ouverte du tube d’évacuation 18 sert de sortie hors de la chambre correspondante. Le tube d’évacuation 18, illustré à la figure 9, comporte une unique fente 111. Ladite fente 111 est plus proche de l’extrémité circulaire fermée du tube d’évacuation 18. Les extrémités circulaires ouverte et fermée du tube d’évacuation sont disposées à l’opposé l’une de l’autre par rapport à un axe longitudinal du tube d’évacuation 18.
La fente du tube d’entrée 12 sert d’entrée à la chambre 102 ménagée dans la coque 9. La fente 111 du tube d’évacuation 18 sert de sortie à la chambre 102 ménagée dans la coque 9. L’extrémité circulaire ouverte du tube d’évacuation 13 sert de sortie hors du tube correspondant.
Le tube d’entrée 12 et le tube d’évacuation 18 ont comme double fonctionnalité la circulation du fluide de refroidissement ainsi que celui d’établir la connexion électrique de la bobine. Le courant électrique circule de l’entrée du courant 104 vers la sortie du courant 103, à travers la bobine 100 bobinée, comme illustré à la figure 7.
Deux couches consécutives de fil aplati 106 sont espacées entre elles par un organe d’écartement 120, dont différentes variantes possibles sont illustrées aux figures 10 à 13. Dans le mode de réalisation de la figure 10, l’organe d’écartement 120 comporte une pluralité de pastilles 123. Les pastilles 123 sont disposées entre les couches de fil 106. L’ensemble des pastilles ont une épaisseur Ea d’environ 0,2 mm.
Selon un second mode de réalisation illustré à la figure 11, l’organe d’écartement 120 comporte une pluralité de barrettes 121. Une barrette 121 est de forme parallélépipédique. Les barrettes 121 sont beaucoup plus longues que larges. Elles définissent des grandes faces et des petites faces. Elles s’étendent depuis une face de la coque 9 correspondante entre les couches de fil 106, perpendiculairement au sens d’élongation du fil 106. Elles sont fixées au fil 106 par une grande face.
Selon un troisième mode de réalisation illustré à la figure 12, l’organe d’écartement 120 comporte une pluralité de barrettes 122. Les barrettes 122 sont de tailles différentes de celle des barrettes 121. Dans un exemple de réalisation non représenté, les barrettes 122 peuvent être de même taille que les barrettes 121. Elles sont placées à différentes hauteurs du fil 106 et sont fixées au fil 106 dans le sens d’élongation dudit fil 106.
L’organe d’écartement 120 comporte une pluralité de barrettes ou de pastilles selon le mode de réalisation choisi. L’organe d’écartement 120 est disposé par collage sur une face du fil 106. Il est collé sur la plus grande dimension de la section transversale dudit fil 106.
Les pastilles ou barrettes sont positionnées sur des parties courbées du fil 106 et des parties rectilignes du fil 106. Elles sont disposées sur un fil 106 donné à intervalles réguliers. Un intervalle entre deux pastilles ou barrettes consécutives sur un fil donné est d’une distance D non nulle. Elles sont également réparties à différentes hauteurs du fil 106, comme illustré aux figures 10 et 12.
On a illustré plus en détail un second exemple de réalisation de l’invention illustré aux figures 13 à 21. Dans cet exemple, la machine 1 comporte un unique stator 2 et deux rotors 4.
Dans ce mode de réalisation, la bobine 100, illustrée en détail à la figure 13, comporte deux fils concentrés 106, superposés l’un sur l’autre selon l’axe axial de la dent 20.
La coque 9, illustré à la figure 14, comporte deux parois d’entrefers 11. Chaque paroi d’entrefer comporte un trou 19 permettant le passage du tube d’entrée 12 et du tube d’évacuation 18.
Selon ce mode de réalisation, la bobine 100 comporte deux fils 106 empilés l’un sur l’autre selon l’axe axial de la dent 20, comme illustré aux figures 15 et 16. Les deux fils 106 sont superposés le long de l’axe axial de la dent 20, autour de la même dent 20 en étant enroulés sur eux-mêmes dans des sens opposés de rotation. Les deux fils 106 d’une même bobine 100 sont séparés dans la coque 9 correspondante par une paroi de séparation 21. La paroi de séparation est réalisée dans cet exemple d’un seul tenant avec la paroi périphérique 17, comme illustré aux figures 13 et 16. En outre, les deux parois d’entrefer 11 sont identiques l’une par rapport à l’autre.
La paroi de séparation 21 permet de séparer deux chambres 102. Chaque chambre 102 loge un fil 106 de la bobine.
La bobine 100, formée des deux fils 106, comporte un tube d’entrée 12 représenté à la figure 18. Le tube d’entrée comporte une unique fente 112. La bobine 100 comporte également un tube d’évacuation 18, représenté à la figure 19, comportant une unique fente 111.
Le tube d’entrée 12 et le tube d’évacuation 18 ont une forme semblable l’un à l’autre. Ladite forme est creuse, de forme cylindrique, formant un cylindre de révolution respectivement 138a et 138b. En section transversale, la forme est sensiblement circulaire.
L’élément de connexion 113 entre les deux fils 106 est de forme rectangulaire et ne comporte pas de fente, comme illustré à la figure 20. L’élément de connexion 113 assure la connexion électrique entre les deux fils. Selon ce mode de réalisation, l’élément de connexion 113 est inséré au sein d’un orifice 130 ménagé dans la paroi de séparation 21. L’élément de connexion 113 assure la connexion fluidique. Il est en cuivre. L’orifice 130 assure la connexion fluidique entre les deux chambres, comme illustré à la figure 20.
On a illustré également un autre exemple de réalisation de l’invention, en référence aux figures 21 à 24.
La coque 9, illustrée aux figures 21 et 22, comprend trois parties distinctes : deux demi-coques 17a et 17b ainsi qu’une paroi de séparation 21. Selon ce mode de réalisation, la coque 9 n’est pas d’un seul tenant. Un joint d’étanchéité 13 est disposé entre les deux demi-coques 17a et 17b. Les deux demi-coques 17a et 17b sont assemblées entre elles de manière étanche. La fermeture des deux demi-coques 17a et 17b l’une sur l’autre est réalisée avec une bonne étanchéité.
Selon ce mode de réalisation, l’élément de connexion entre les deux fils est un tube de connexion 113, illustré à la figure 23. La forme du tube de connexion 113 est creuse, de forme cylindrique. En section transversale, sa forme est sensiblement carrée. Selon une variante de réalisation non représentée, la forme du tube de connexion pourrait être en section transversale de forme sensiblement ronde. Le tube de connexion 113 comporte deux fentes, à savoir une première fente 114a et une seconde fente 114b. La première fente 114a est plus proche d’une extrémité du tube de connexion 113. La seconde fente 114b est plus proche de l’extrémité opposée du tube de connexion 113.
Les première et seconde fentes 114a et 114b sont disposées à l’opposé l’une de l’autre par rapport à une section transversale du tube de connexion 113. Les première et seconde fentes 114a et 114b sont disposées à l’opposé l’une de l’autre par rapport à un axe longitudinal du tube de connexion 113. Selon une variante de réalisation non représentée, les première et seconde fentes peuvent être disposées sur la même face du tube de connexion.
La première fente 114a du tube de connexion 113 sert de sortie à une première chambre 102 ménagée dans la coque 9. La seconde fente 114b du tube de connexion 113 sert d’entrée à une deuxième chambre 102 ménagée dans la coque 9.
Le tube de connexion 113 permet la circulation du fluide de refroidissement entre les deux chambres 102.
Selon ce même mode de réalisation, la machine 1 comporte un tube d’entrée 12 et un tube d’évacuation 18, chacun comporte respectivement une unique fente, qui sont similaires aux tubes d’entrée et d’évacuation illustrés aux figures 8 et 9.
Lorsque la bobine 100 comporte deux fils 106, l’entrée 104 permettant l’arrivée du courant et la sortie 103 du courant dans les bobines concentrées sont situées sur le diamètre extérieur du stator 2.
L’arrivée 104 et la sortie 103 du courant ainsi que l’arrivée et la récupération du fluide de refroidissement sont situées sur le diamètre externe du stator 2.
Le courant électrique circule dans le même sens dans les deux fils, comme illustré à la figure 24.

Claims

Revendications
1. Machine (1) électrique tournante à flux axial, comportant au moins un stator (2) et au moins un rotor (4), disposés le long de l’axe de rotation (X) de la machine, le stator (2) étant refroidi par une circulation d’un fluide de refroidissement, le stator (2) comportant une pluralité de dents (20), au moins une dent (20), voire chaque dent (20), portant une bobine (100) bobinée concentriquement autour de ladite dent (20), la bobine (100) comportant au moins un fil (106) aplati enroulé sur lui-même autour de la dent (20) correspondante en une pluralité de couches, deux couches consécutives de fil aplati (106) étant espacées d’une distance d non nulle, le stator (2) comportant au moins une coque, notamment une pluralité de coques (9), la coque, notamment chaque coque (9), logeant au moins une bobine (100) bobinée autour de ladite dent (20), la machine (1) étant configurée pour permettre la circulation du fluide de refroidissement entre les couches de fil (106) dans la coque (9).
2. Machine selon la revendication précédente, le fil aplati (106) étant bobiné autour de la dent (20) correspondante en étant courbé parallèlement à la plus grande dimension de la section transversale du fil (106).
3. Machine selon l’une quelconque des revendications précédentes, deux couches consécutives de fil aplati (106) étant espacées d’une distance d comprise entre 0,05 mm et 1 mm, de préférence entre 0,08 mm et 0,9 mm, mieux entre 0,1 mm et 0,5 mm.
4. Machine selon l’une quelconque des revendications précédentes, deux couches consécutives de fil aplati (106) étant espacées entre elles par un organe d’écartement (120), comportant notamment une pluralité de pastilles (123) disposées entre les couches de fil.
5. Machine selon l’une quelconque des revendications précédentes, une coque (9) logeant une unique dent (20).
6. Machine selon l’une quelconque des revendications précédentes, la coque (9) comportant un tube d’entrée (12) pour le fluide de refroidissement et un tube d’évacuation (18) du fluide de refroidissement.
7. Machine selon la revendication précédente, le tube d’entrée (12) et le tube d’évacuation (18) de la coque (9) étant configurés pour assurer la connexion électrique de la bobine (100) correspondante.
8. Machine selon l’une quelconque des revendications précédentes, la bobine (100) comportant au moins deux fils (106), notamment deux fils (106), de préférence superposés l’un sur l’autre.
9. Machine selon la revendication précédente, les deux fils (106) d’une même bobine (100) étant séparés dans la coque correspondante par une paroi de séparation (21).
10. Machine selon la revendication précédente, la machine comportant un tube de connexion (113) permettant la connexion fluidique entre deux chambres (102) séparées par la paroi de séparation.
11. Machine selon la revendication précédente, le tube de connexion (113) assurant la connexion électrique entre les deux fils (106).
12. Machine selon la revendication 9, la machine comportant un orifice (130) ménagé dans la paroi de séparation (21) permettant la connexion fluidique entre deux chambres (102) séparées par la paroi de séparation.
13. Machine selon l’une quelconque des revendications 8 à 12, l’entrée (104) et la sortie (103) du courant dans les bobines concentrées étant situées sur le diamètre extérieur du stator (2).
14. Machine selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les dents (20) du stator (2) sont chacune de forme générale sensiblement prismatique, notamment sensiblement triangulaire.
15. Machine selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins deux rotors (4) disposés de part et d’autre du stator (2) le long de l’axe de rotation (X) de la machine (1).
EP24715243.2A 2023-03-15 2024-03-08 Machine electrique tournante a flux axial Pending EP4681311A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2302385A FR3146770A1 (fr) 2023-03-15 2023-03-15 Machine électrique tournante à flux axial
PCT/FR2024/000026 WO2024189277A1 (fr) 2023-03-15 2024-03-08 Machine electrique tournante a flux axial

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4681311A1 true EP4681311A1 (fr) 2026-01-21

Family

ID=86852020

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP24715243.2A Pending EP4681311A1 (fr) 2023-03-15 2024-03-08 Machine electrique tournante a flux axial

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4681311A1 (fr)
FR (1) FR3146770A1 (fr)
WO (1) WO2024189277A1 (fr)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11936256B2 (en) 2020-04-24 2024-03-19 Jacobi Motors, Llc Flux-mnemonic permanent magnet synchronous machine and magnetizing a flux-mnemonic permanent magnet synchronous machine
US12620920B2 (en) 2022-10-26 2026-05-05 Jacobi Motors, Llc System and method for shifting operation modes of variable flux memory motors
US12558980B2 (en) 2023-11-09 2026-02-24 Jacobi Motors, Llc Integrated variable flux memory motor charger
US12614998B2 (en) 2024-03-04 2026-04-28 Jacobi Motors, Llc System for multi-variable flux memory motor configuration

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2302385A1 (fr) 1975-02-25 1976-09-24 Burrial Georges Barriere amovible
GB201013881D0 (en) 2010-08-19 2010-10-06 Oxford Yasa Motors Ltd Electric machine - construction
DE112010006100T5 (de) * 2010-12-30 2013-10-17 General Electric Company Spulenblock, Spulenblockanordnung und diese enthaltende elektrische Maschine
GB2525157B (en) 2014-02-18 2016-08-24 Yasa Motors Ltd Machine cooling systems
IT201800003388A1 (it) * 2018-03-08 2019-09-08 Texa Dynamics S R L “Componente di raffreddamento per motore elettrico”
EP3764526A1 (fr) 2019-07-10 2021-01-13 Magnax Bv Mécanisme de refroidissement d'un stator pour une machine à flux axial
DE102019122314A1 (de) 2019-08-20 2021-03-11 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Scheibenläufermaschine für einen Kraftfahrzeugantrieb
DE102020106775A1 (de) 2020-03-12 2021-09-16 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Stator für eine Axialflussmaschine, Verfahren zur Herstellung eines Stators und Axialflussmaschine
FR3117706B1 (fr) 2020-12-10 2025-05-02 Sas Whylot Stator de moteur électrique comportant un système de refroidissement des bobines par huile.
US11757323B2 (en) * 2021-03-17 2023-09-12 BlackBox Energy Systems, LLC Axial flux permanent magnet motor/generator
US20240146134A1 (en) 2021-04-10 2024-05-02 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Stator of an electric flux machine, and axial flux machine

Also Published As

Publication number Publication date
WO2024189277A1 (fr) 2024-09-19
FR3146770A1 (fr) 2024-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2024189277A1 (fr) Machine electrique tournante a flux axial
EP3931944B1 (fr) Machine electrique tournante ayant un circuit de refroidissement des aimants par l'arbre
FR3105631A1 (fr) Stator pour moteur électrique
FR3056849A1 (fr) Dissipateur thermique pour machine electrique tournante
EP1137154A9 (fr) Moteur roue, notamment pour bicyclette avec assistance au pédalage, et bicyclette équipée de ce moteur-roue
EP3931942A1 (fr) Machine électrique tournante ayant un refroidissement du stator amélioré
EP3455924A1 (fr) Flasque pour machine électrique
EP4184765A1 (fr) Machine électrique tournante refroidie par un liquide de refroidissement
EP1784908A1 (fr) Chemise de refroidissement pour une machine rotative et machine rotative comportant une telle chemise de refroidissement
WO2019063306A1 (fr) Circuit de refroidissement avec liquide pour machine electrique tournante
EP3278424B1 (fr) Ensemble comportant une machine électrique tournante positionnée a l'intérieur d'une enceinte
FR3056356B1 (fr) Manchon et arbre de machine electrique
WO2018087477A1 (fr) Machine electrique tournante integrant un carter de reducteur de vitesse
WO2021038168A1 (fr) Machine à bobinage toroïdal
EP3175534A2 (fr) Stator ameliore et machine électrique comportant un tel stator
WO2003100945A1 (fr) Alternateur muni d'un stator a entrees vrillees
EP3931940A1 (fr) Stator de machine électrique tournante
EP3931941A1 (fr) Stator de machine electrique tournante
EP4324076B1 (fr) Moteur électrique agencé pour permettre une meilleure évacuation de la chaleur générée lors de son fonctionnement
WO2020193297A1 (fr) Rotor de machine electrique avec moyen de ventilation axialo-centrifuge
FR3087595A1 (fr) Tole d’ensemble magnetique comprenant des canaux de refroidissement, ensemble magnetique, et machine electrique tournant comprenant un empilement de telles toles d’ensemble magnetique
EP3977601A1 (fr) Machine electrique tournante munie d'une chambre de refroidissement
FR3154259A1 (fr) Machine electrique comprenant des plaques de refroidissement
WO2025045438A1 (fr) Machine électrique à flux axial et procédé de montage correspondant
FR3153478A1 (fr) Rotor pour machine électrique à flux axial avec portion de bras radial de section réduite

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20251009

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR