FR2583231A1 - Rotating electrical machine, in particular motor with magnets and flat air gap - Google Patents
Rotating electrical machine, in particular motor with magnets and flat air gap Download PDFInfo
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Abstract
Description
La présente iNvention concerne une machine électrique tournante d'un type comportant - au moins un stator comprenant
une armature conduisant le flux magnétique et ayant la forme d'un
cylindre annulaire de révolution autour d'un axe, ce cylindre
étant délimité par une surface intérieure cylindrique de rayon R1,
par une surface extérieure cylindrique coaxiale de rayon R2, et
par une première et une deuxième faces planes annulaires, perpen
diculaires à l'axe, identiques entre elles et de rayons R1 et R2,
l'armature comportant des encoches s'étendant chacune de la
surface intérieure à la surface extérieure, régulièrement
réparties autour de l'axe et débouchant sur la première face,
et un enroulement de fils conducteurs isolés, disposés dans les
encoches, l'encombrement radial de cet enroulement par rapport à
l'axe étant compris entre un rayon minimal R3 inférieur à R1 et un
rayon maximal R4 supérieur à R2 - et un rotor monté en rotation autour de l'axe, ce rotor comprenant un disque coaxial présentant une première et une deuxième faces planes opposées circulaires, perpendiculaires à l'axe et identiques entre elles, le disque comportant 2n aimants, identiques entre eux, régulièrement repartis autour de l'axe, chaque aimant ayant sensiblement la forme d'un prisme droit dont les deux bases sont placées respectivement dans les deux faces du disque et dont la hauteur est parallèle à l'axe, ces 2n aimants étant aimantés parallèlement à l'axe en sens alternés, chaque base d'un prisme étant délimitée par un segment périphérique intérieur, un segment périphérique extérieur, et deux segments transverses non sécants reliant les extrémités des segments périphériques intérieur et extérieur, ces segments périphériques étant disposés sensiblement respectivement sur deux cercles-concentriques de rayons R5 et
R6, le centre de ces cercles étant la trace de l'axe sur le plan de la base, la première face du disque étant dirigée vers la première face de l'armature de façon que le flux magnétique créé par les aimants puisse pénétrer dans l'armature à travers sa première face, une culasse de fermeture de flux étant ménagée dans l'armature entre le fond des encoches et la deuxième face.The present invention relates to a rotary electrical machine of a type comprising - at least one stator comprising
an armature conducting the magnetic flux and having the shape of a
annular cylinder of revolution around an axis, this cylinder
being delimited by a cylindrical interior surface of radius R1,
by a coaxial cylindrical outer surface of radius R2, and
by first and second annular planar faces, perpen
dicular to the axis, identical to each other and of radii R1 and R2,
the frame comprising notches each extending from the
interior surface to exterior surface, regularly
distributed around the axis and opening onto the first face,
and a winding of insulated conductive wires, arranged in the
notches, the radial size of this winding relative to
the axis being between a minimum radius R3 less than R1 and a
maximum radius R4 greater than R2 - and a rotor mounted for rotation about the axis, this rotor comprising a coaxial disc having first and second opposite circular planar faces, perpendicular to the axis and identical to each other, the disc comprising 2n magnets, identical to each other, regularly distributed around the axis, each magnet having substantially the shape of a straight prism whose two bases are placed respectively in the two faces of the disc and whose height is parallel to the axis, these 2n magnets being magnetized parallel to the axis in alternating directions, each base of a prism being delimited by an inner peripheral segment, an outer peripheral segment, and two non-intersecting transverse segments connecting the ends of the inner and outer peripheral segments, these segments peripherals being arranged substantially respectively on two concentric circles of radii R5 and
R6, the center of these circles being the trace of the axis on the plane of the base, the first face of the disc being directed towards the first face of the frame so that the magnetic flux created by the magnets can penetrate into the reinforcement through its first face, a flow closure yoke being formed in the reinforcement between the bottom of the notches and the second face.
Dans les machines tournantes de ce type, le rayon R5 est égal à R1 et le rayon R6 est égal à R2 : le flux magnétique créé par les aimants peut ainsi pénétrer dans l'armature à travers l'entrefer plan ménagé entre le rotor et le stator. In rotary machines of this type, the radius R5 is equal to R1 and the radius R6 is equal to R2: the magnetic flux created by the magnets can thus enter the armature through the plane air gap formed between the rotor and the stator.
Cette disposition présente un inconvénient : la section totale des 2n aimants par un plan perpendiculaire à l'axe est limitée à la surface des faces planes annulaires de l'armature. I1 en résulte une limitation du flux magnétique utile ainsi que des caractéristiques de fonctionnement de la machine. This arrangement has a drawback: the total section of the 2n magnets by a plane perpendicular to the axis is limited to the surface of the annular plane faces of the armature. This results in a limitation of the useful magnetic flux as well as of the operating characteristics of the machine.
La présente invention a pour but de pallier cet inconvénient. The object of the present invention is to overcome this drawback.
Elle a pour objet une machine tournante à aimants, du type mentionné ci-dessus, caractérisée en ce que - le rayon R5 a une valeur comprise entre celles de R1 et de R3, - le rayon R6 a une valeur comprise entre celles de R2 et de R4 - et le rotor comporte en outre 2n pièces polaires identiques entre elles et aptes à conduire le flux magnétique, chaque pièce polaire étant délimitée par une grande base et une petite base planes opposées et parallèles entre elles, et par des surfaces de raccordement reliant la grande base et la petite base, la grande base de chaque pièce polaire étant identique à la base des pris eus formés par les aimants, chaque pièce polaire étant fixée sur la première face du disque de façon que lesdites grandes bases recouvrent respectivement les 2n aimants, les distances entre la grande base et la petite base des 2n pièces polaires étant égales entre elles, la petite base de chaque pièce polaire fixée sur le disque étant délimitée par un segment périphérique intérieur, un segment périphérique extérieur et deux segments transverses non sécants reliant les extrémités de ces segments périphérique intérieur et extérieur, ces segments périphériques étant disposés sensiblement sur deux cercles concentriques de rayons R1 et R2, le centre de ces cercles étant la trace de l'axe sur le plan des petites bases, les surfaces de raccordement reliant entre eux les segments transverses des petites et grandes bases des pièces polaires étant perpendiculaires aux faces du disque, et les surfaces de raccordement reliant entre eux les segments périphériques intérieurs et extérieurs des petites et grandes bases des pièces polaires étant inclinées sur l'axe. It relates to a rotating magnet machine, of the type mentioned above, characterized in that - the radius R5 has a value between those of R1 and R3, - the radius R6 has a value between those of R2 and of R4 - and the rotor further comprises 2n pole pieces which are identical to each other and capable of conducting the magnetic flux, each pole piece being delimited by a large base and a small plane base opposite and parallel to each other, and by connecting surfaces connecting the large base and the small base, the large base of each pole piece being identical to the base of the plugs formed by the magnets, each pole piece being fixed on the first face of the disc so that said large bases respectively cover the 2n magnets , the distances between the large base and the small base of the 2n pole pieces being equal to each other, the small base of each pole piece fixed to the disc being delimited by an inner peripheral segment r, an outer peripheral segment and two non-intersecting transverse segments connecting the ends of these inner and outer peripheral segments, these peripheral segments being arranged substantially on two concentric circles of radii R1 and R2, the center of these circles being the trace of the axis on the plane of the small bases, the connecting surfaces connecting together the transverse segments of the small and large bases of the pole pieces being perpendicular to the faces of the disc, and the connecting surfaces connecting together the inner and outer peripheral segments of the small and large bases of the pole pieces being inclined on the axis.
Lorsque le stator est unique, le rotor peut comporter en outre un anneau cylindrique conduisant le flux magnétique et fixé à plat coaxialement sur la deuxième face du disque de façon à recouvrir les 2n aimants. When the stator is single, the rotor may further comprise a cylindrical ring conducting the magnetic flux and fixed flat coaxially on the second face of the disc so as to cover the 2n magnets.
Lorsque ledit stator est un premier stator et qu'un deuxième stator, identique au premier stator, est disposé suivant ledit axe de façon que la deuxième face du disque soit dirigée vers une face de l'armature du deuxième stator, cette dernière face étant celle sur laquelle débouchent les encoches, le rotor peut comporter en outre 2n pièces polaires supplémentaires fixées sur la deuxième face du disque de façon à recouvrir respectivement les 2n aimants, ces pièces polaires supplémentaires étant identiques aux pièces polaires fixées sur la première face plane du disque. When said stator is a first stator and a second stator, identical to the first stator, is arranged along said axis so that the second face of the disc is directed towards one face of the armature of the second stator, this latter face being that on which the notches open, the rotor may further comprise 2n additional pole pieces fixed on the second face of the disc so as to cover the 2n magnets respectively, these additional pole pieces being identical to the pole pieces fixed on the first plane face of the disc.
Des formes particulières d'exécution de l'objet de la présente invention sont décrites ci-dessous, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente en coupe axiale un premier mode de réalisation de la machine électrique tournante selon l'invention, - la figure 2 est une vue partielle du rotor de la machine illustrée par la figure 1, ce rotor étant montré à plat, du côté des pièces polaires, - la figure 3 est une vue partielle du rotor de la machine illustrée par la figure 1, ce rotor étant montré à plat, du côté de l'anneau cylindrique coaxial - et la figure 4 représente en coupe axiale un deuxième mode de réalisation de la machine électrique tournante selon l'invention. Particular embodiments of the object of the present invention are described below, by way of example, with reference to the accompanying drawings in which - Figure 1 shows in axial section a first embodiment of the electric machine rotating according to the invention, - Figure 2 is a partial view of the rotor of the machine illustrated in Figure 1, this rotor being shown flat, on the side of the pole pieces, - Figure 3 is a partial view of the rotor of the machine illustrated in Figure 1, this rotor being shown flat, on the side of the coaxial cylindrical ring - and Figure 4 shows in axial section a second embodiment of the rotary electric machine according to the invention.
Sur la figure 1, est montrée une armature métallique 1 de révolution autour d'un axe 2,-délimitée par une surface intérieure cylindrique de rayon R1, une surface cylindrique extérieure de rayon R2 et par deux faces planes annulaires 3 et 4 perpendiculaires à l'axe, identiques entre elles et de rayons R1 et R2 Cette armature comporte des encoches s'étendant chacune de la surface intérieure à la surface extérieure, et débouchant sur la face 3. In FIG. 1, a metal frame 1 of revolution around an axis 2 is shown, delimited by a cylindrical interior surface of radius R1, an exterior cylindrical surface of radius R2 and by two annular plane faces 3 and 4 perpendicular to l axis, identical to each other and of radii R1 and R2 This frame comprises notches each extending from the interior surface to the exterior surface, and opening onto face 3.
Une telle armature peut être réalisée par exemple en enroulant un ruban de tôle magnétique sur un tambour de diamètre R1, ce ruban ayant subi préalablement des perforations successives en forme d'encoches semi-fermées débouchant sur un bord longitudinal du ruban. Bien entendu le pas de perforation est proportionnel au diamètre d'enroulement de façon que les perforations des différentes couches de l'enroulement se superposent et que l'armature comporte par exemple 24 encoches régulièrement réparties autour de l'axe 2. Such an armature can be produced for example by winding a strip of magnetic sheet metal on a drum of diameter R1, this strip having previously undergone successive perforations in the form of semi-closed notches opening onto a longitudinal edge of the strip. Of course, the perforation pitch is proportional to the winding diameter so that the perforations of the different layers of the winding are superimposed and that the frame comprises, for example, 24 notches regularly distributed around the axis 2.
Un bobinage triphasé 5 est enroulé dans les encoches. A three-phase winding 5 is wound in the notches.
L'encombrement radial du bobinage 5 par rapport à l'axe 2 est compris entre un rayon minimal R3 inférieur à R1 et un rayon maximal R4 supérieur à R2. L'armature 1 et le bobinage 5 forment le stator 6 de la machine.The radial size of the winding 5 relative to the axis 2 is between a minimum radius R3 less than R1 and a maximum radius R4 greater than R2. The frame 1 and the coil 5 form the stator 6 of the machine.
Un rotor 7 est monté en rotation autour de l'axe 2 au moyen d'un arbre 8 traversant la surface cylindrique intérieure de l'armature 1. A rotor 7 is mounted in rotation around the axis 2 by means of a shaft 8 passing through the inner cylindrical surface of the frame 1.
L'arbre 8 tourne dans deux paliers logés dans un bottier non représenté dans lequel est immobilisé le stator 6. Le rotor 7 comporte un disque 9 présentant deux faces planes circulaires 10, 11, identiques entre elles, parallèles et opposées. Le disque 9 est fixé coaxialement sur l'arbre 8 perpendiculairement à l'axe 2.The shaft 8 rotates in two bearings housed in a housing not shown in which the stator 6 is immobilized. The rotor 7 comprises a disc 9 having two circular planar faces 10, 11, identical to each other, parallel and opposite. The disc 9 is fixed coaxially on the shaft 8 perpendicular to the axis 2.
Le disque 9 comporte huit aimants 12 identiques entre eux, régulièrement répartis autour de l'axe. Chaque aimant a sensiblement la forme d'un prisme droit dont les deux bases sont placées respectivement dans les faces 10 et 11 du disque 9 et dont la hauteur est parallèle à l'axe 2. Les huit aimants sont aimantés parallèlement à l'axe, en sens alternés Nord et Sud. En référence à la figure 2, la base de chaque prisme est délimitée par un segment périphérique intérieur 13, un segment périphérique extérieur 14, et deux segments transverses non sécants 15 et 16 reliant les extrémités des segments 13 et 14. Les segments 13 et 14 sont des arcs de cercle de rayons respectifs R5 et R6 et centrés sur la trace de l'axe 2 sur le plan de la base considérée, tandis que les segments 15 et 16 sont des segments de droite. The disc 9 comprises eight magnets 12 identical to each other, regularly distributed around the axis. Each magnet has substantially the shape of a straight prism, the two bases of which are placed respectively in the faces 10 and 11 of the disc 9 and the height of which is parallel to the axis 2. The eight magnets are magnetized parallel to the axis, in alternate directions North and South. With reference to FIG. 2, the base of each prism is delimited by an inner peripheral segment 13, an outer peripheral segment 14, and two non-intersecting transverse segments 15 and 16 connecting the ends of the segments 13 and 14. The segments 13 and 14 are arcs of a circle of respective radii R5 and R6 and centered on the trace of axis 2 on the plane of the base considered, while the segments 15 and 16 are straight segments.
Selon une disposition de l'invention, le rayon R5 a une valeur comprise entre celles de R1 et R3, tandis que le rayon R6 a une valeur comprise entre celles de R2 et R4. De plus, le rotor 7 comporte huit pièces polaires 17, identiques entre elles et aptes à conduire le flux magnétique. Chaque pièce polaire 17 est délimitée par une grande base 18 et par une petite base 19 planes opposées et parallèles entre elles, et par des surfaces de raccordement telles que 20 reliant la grande base et la petite base. La grande base 18 est identique à la base du prisme formé par les aimants, et chaque pièce polaire 17 est fixée par exemple par collage sur la première face 10 du disque de façon que la grande base recouvre un aimant. Les distances entre la grande base et la petite base des huit pièces polaires sont égales entre elles.La petite base de chaque pièce polaire 17 est délimitée par un segment périphérique intérieur 21, un segment périphérique extérieur 22 et deux segments transverses non sécants reliant les extrémités des segments 21 et 22. According to a provision of the invention, the radius R5 has a value between those of R1 and R3, while the radius R6 has a value between those of R2 and R4. In addition, the rotor 7 comprises eight pole pieces 17, identical to each other and capable of conducting the magnetic flux. Each pole piece 17 is delimited by a large base 18 and by a small base 19 planes which are opposite and parallel to each other, and by connection surfaces such as 20 connecting the large base and the small base. The large base 18 is identical to the base of the prism formed by the magnets, and each pole piece 17 is fixed for example by gluing on the first face 10 of the disc so that the large base covers a magnet. The distances between the large base and the small base of the eight pole pieces are equal to each other.The small base of each pole piece 17 is delimited by an inner peripheral segment 21, an outer peripheral segment 22 and two non-intersecting transverse segments connecting the ends segments 21 and 22.
Les segments 21 et 22 sont des arcs de cercles de rayons respectifs R1 et R2, le centre de ces cercles étant la trace de l'axe 2 sur le plan des petites bases.The segments 21 and 22 are arcs of circles of respective radii R1 and R2, the center of these circles being the trace of the axis 2 on the plane of the small bases.
Bien entendu, les segments périphériques intérieur et extérieur des pièces polaires et des aimants ne sont pas obligatoirement des arcs de cercle et peuvent dans certains cas être constitués par des segments de droite, notamment lorsque le nombre des aimants est élevé. Of course, the inner and outer peripheral segments of the pole pieces and of the magnets are not necessarily arcs of a circle and can in certain cases consist of straight line segments, in particular when the number of magnets is high.
Les surfaces de raccordement reliant entre eux les segments transverses des petites et grandes bases des pièces polaires sont perpendiculaires aux faces du disque. Il en résulte que, sur la figure 2, les segments transverses des petites bases sont disposés sur les mêmes lignes 15 et 16 que les segments transverses des grandes bases. Par contre les surfaces de raccordement 20 reliant entre eux les segments périphériques extérieurs et intérieurs des grandes et petites bases sont inclinées sur l'axe 2. The connection surfaces connecting together the transverse segments of the small and large bases of the pole pieces are perpendicular to the faces of the disc. As a result, in FIG. 2, the transverse segments of the small bases are arranged on the same lines 15 and 16 as the transverse segments of the large bases. On the other hand, the connection surfaces 20 connecting together the outer and inner peripheral segments of the large and small bases are inclined on the axis 2.
Cette disposition permet d'augmenter le diamètre du disque du rotor jusqu'à une valeur légèrement inférieure ou sensiblement égal au diamètre d'encombrement R4 du bobinage et d'augmenter de façon importante les dimensions radiales des aimants, le rayon R6 pouvant être nettement supérieur à R2 et le rayon R5 pouvant être nettement inférieur à R1. Le flux des aimants se trouve ainsi concentre progressivement de la grande base à la petite base des pièces polaires puis traverse l'entrefer cylindrique plan ménagé entre les petites bases des pièces polaires et la face 3 de l'armature 1. Le flux magnétique traversant l'armature 1 se ferme dans la culasse de l'armature, comprise entre le fond des encoches et la face 4 de l'armature. This arrangement makes it possible to increase the diameter of the rotor disc up to a value slightly less than or substantially equal to the overall diameter R4 of the winding and to significantly increase the radial dimensions of the magnets, the radius R6 possibly being much greater. at R2 and the radius R5 can be much smaller than R1. The flux of the magnets is thus gradually concentrated from the large base to the small base of the pole pieces then crosses the planar cylindrical air gap formed between the small bases of the pole pieces and the face 3 of the armature 1. The magnetic flux passing through the frame 1 closes in the cylinder head of the frame, between the bottom of the notches and the face 4 of the frame.
De préférence, on fixe sur l'autre face 11 du disque 9 un anneau cylindrique coaxial 24 de rayon extérieur R6 et de rayon intérieur de manière à recouvrir les huit aimants. La fixation peut s'effectuer par exemple par collage. Cet anneau permet de réaliser du côté de la face 11 du disque 9 la fermeture du circuit du flux magnétique créé par les aimants. Preferably, a coaxial cylindrical ring 24 with an outer radius R6 and an inner radius is fixed on the other face 11 of the disc 9 so as to cover the eight magnets. The fixing can be carried out for example by gluing. This ring enables the side 11 of the disc 9 to close the circuit of the magnetic flux created by the magnets.
La machine représentée sur la figure 4 comporte deux stators, un stator 6 absolument identique à celui représenté sur la figure 1, et un stator 25 identique au stator 6, mais disposé coaxialement de l'autre côté du rotor 26, symétriquement par rapport au plan radial médian 27 du rotor 26. The machine shown in Figure 4 has two stators, a stator 6 absolutely identical to that shown in Figure 1, and a stator 25 identical to stator 6, but arranged coaxially on the other side of the rotor 26, symmetrically with respect to the plane median radial 27 of rotor 26.
Le rotor 26 comporte, comme le rotor 7, un disque cylindrique 9 comportant huit aimants 12 et huit pièces polaires 17 fixées sur la face 10 du disque dirigée vers la face 3 de l'armature 1. Mais le rotor 26 ne comporte pas de couronne de fermeture de flux Sur r la face 11 du disque 9 du rotor 26, sont fixées huit pièces polaires supplemen- taires telles que 28, de façon à recouvrir les huit aimants. Ces pièces polaires supplémentaires sont absolument identiques aux pièces polaires fixées sur la face 10 du disque, l'ensemble de la machine représenté sur la figure 4 étant symétrique par rapport au plan 27. The rotor 26 comprises, like the rotor 7, a cylindrical disc 9 comprising eight magnets 12 and eight pole pieces 17 fixed on the face 10 of the disc directed towards the face 3 of the frame 1. But the rotor 26 does not have a crown flow closure On the face 11 of the disc 9 of the rotor 26 are fixed eight additional pole pieces such as 28, so as to cover the eight magnets. These additional pole pieces are absolutely identical to the pole pieces fixed on the face 10 of the disc, the whole machine shown in FIG. 4 being symmetrical with respect to the plane 27.
Les machines selon l'invention présentent l'avantage d'avoir des caractéristiques de fonctionnement améliorées. Cet avantage résulte directement de l'augmentation de la section des aimants et de l'effet de concentration du flux du aux masses polaires. L'amélioration des caractéristiques est obtenu sans augmentation de l'encombrement radial de la machine, au prix d'une augmentation très faible de ltencombrement axial de la machine. The machines according to the invention have the advantage of having improved operating characteristics. This advantage results directly from the increase in the section of the magnets and from the effect of concentration of the flux due to the polar masses. The improvement in the characteristics is obtained without increasing the radial dimensions of the machine, at the cost of a very small increase in the axial dimensions of the machine.
De préférence, les aimants du rotor sont constitués par de la ferrite de type dur. Preferably, the magnets of the rotor consist of hard type ferrite.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8508743A FR2583231B1 (en) | 1985-06-10 | 1985-06-10 | ROTATING ELECTRIC MACHINE, ESPECIALLY MAGNET MOTOR AND FLAT GAP |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| FR8508743A FR2583231B1 (en) | 1985-06-10 | 1985-06-10 | ROTATING ELECTRIC MACHINE, ESPECIALLY MAGNET MOTOR AND FLAT GAP |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| FR2583231A1 true FR2583231A1 (en) | 1986-12-12 |
| FR2583231B1 FR2583231B1 (en) | 1988-08-26 |
Family
ID=9320057
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| FR8508743A Expired FR2583231B1 (en) | 1985-06-10 | 1985-06-10 | ROTATING ELECTRIC MACHINE, ESPECIALLY MAGNET MOTOR AND FLAT GAP |
Country Status (1)
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| FR (1) | FR2583231B1 (en) |
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Legal Events
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