FR2915033A1

FR2915033A1 - Electric turning machine e.g. motor, for elevator, has stator placed inside of another stator, and rotor arranged between stators, where rotor includes permanent magnets arranged circumferentially between polar parts

Info

Publication number: FR2915033A1
Application number: FR0702625A
Authority: FR
Inventors: Akar Atef Abou
Original assignee: Moteurs Leroy Somer SAS
Current assignee: Moteurs Leroy Somer SAS
Priority date: 2007-04-11
Filing date: 2007-04-11
Publication date: 2008-10-17
Anticipated expiration: 2027-04-11
Also published as: FR2915033B1

Abstract

The machine (1) has a stator (3) placed inside of another stator (2). A rotor (4) is arranged between the stators, and includes permanent magnets (20) arranged circumferentially between polar parts (48). The magnets presenting a trapezoidal form in transverse section include a base (22) situated adjacent to the stator (2). The rotor presents inner and outer surfaces of the revolution cylindrical, which are arranged adjacent to the stators. The rotor includes two openings (40, 41) provided between the magnets.

Description

La présente invention concerne les machines électriques tournantes,The present invention relates to rotating electrical machines,

moteurs ou génératrices. Les machines synchrones à aimants permanents et à nombre de pôles élevé, par exemple supérieur ou égal à 12, présentent de manière générale de meilleures performances électriques en termes de puissance massique, de rendement, de facteur de puissance et d'oscillations de couple que celles à faible nombre de pôles. Du fait de leur polarité élevée, leurs culasses stator et rotor servant à reboucler le flux magnétique présentent une dimension radiale relativement faible, ce qui laisse un volume relativement grand inutilisé du côté radialement intérieur du circuit magnétique. engines or generators. Synchronous machines with permanent magnets and high number of poles, for example greater than or equal to 12, generally have better electrical performance in terms of mass power, efficiency, power factor and torque oscillations than those low number of poles. Because of their high polarity, their stator and rotor yokes for looping the magnetic flux have a relatively small radial dimension, leaving a relatively large unused volume on the radially inner side of the magnetic circuit.

L'invention vise à améliorer encore les machines tournantes électriques, notamment celles à polarité élevée. L'invention a ainsi pour objet, selon l'un de ses aspects, une machine tournante électrique comportant : un premier stator, - un deuxième stator concentrique au premier et disposé à l'intérieur de celui-ci, - un rotor disposé entre le premier et le deuxième stator, ce rotor comportant des aimants permanents disposés circonférentiellement entre des parties polaires. The invention aims to further improve rotating electrical machines, especially those with high polarity. The invention thus has, according to one of its aspects, an electric rotary machine comprising: a first stator, - a second stator concentric with the first and disposed inside thereof, - a rotor disposed between the first and second stator, this rotor comprising permanent magnets arranged circumferentially between polar parts.

L'utilisation d'un tel rotor peut permettre, si cela est recherché, une fixation des aimants sans colle ni frettage. La disposition des aimants permet de diviser par deux le nombre d'aimants par rapport à une structure qui comporterait des aimants collés sur des surfaces radialement intérieure et extérieure du rotor. The use of such a rotor can allow, if desired, a fixation of the magnets without glue or hooping. The arrangement of the magnets allows the number of magnets to be halved compared to a structure which would include magnets bonded to radially inner and outer surfaces of the rotor.

L'invention permet de bénéficier d'une machine électrique plus compacte à performances identiques, en occupant le volume inutilisé à l'intérieur du premier stator par un deuxième stator. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, les aimants présentent une forme trapézoïdale en section transversale, avec une plus grande base adjacente au premier 30 stator. Le rotor peut présenter des surfaces cylindriques de révolution face aux premier et deuxième stators, centrées sur l'axe de rotation du rotor. The invention makes it possible to benefit from a more compact electric machine with identical performances by occupying the unused volume inside the first stator by a second stator. In an exemplary implementation of the invention, the magnets have a trapezoidal cross-sectional shape, with a larger base adjacent to the first stator. The rotor may have cylindrical surfaces of revolution facing the first and second stators, centered on the axis of rotation of the rotor.

Le rotor peut présenter des premières régions dépourvues de matériau magnétique, disposées au moins partiellement entre les aimants et la surface du rotor tournée vers le premier stator. Le rotor peut également comporter des deuxièmes régions dépourvues de matériau magnétique, disposées au moins partiellement entre les aimants et la surface du rotor tournée vers le deuxième stator. Ces régions dépourvues de matériau magnétique peuvent contribuer à diminuer les ondulations de couple en tendant à égaliser les valeurs des inductances directe Ld et inverse Lq. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, la longueur des régions dépourvues de matériau magnétique est comprise entre 1,1 et 1,3 fois la largeur des dents du stator en regard, étant de préférence voisine de 1,2 fois cette largeur. Les première et deuxième régions dépourvues de matériau magnétique peuvent être réalisées par exemple grâce à des évidements de la tôlerie du rotor. Le rotor peut comporter une couronne en matériau magnétique, formée par exemple par une superposition de tôles magnétiques, avec des logements pour recevoir les aimants. Ces logements peuvent être non débouchant sur les surfaces radialement intérieure et extérieure du rotor, ce qui peut améliorer la cohésion mécanique du rotor. Chaque logement peut comporter deux nervures se faisant face, formant saillie dans le logement, et contre lesquelles l'aimant peut venir en appui. Le nombre de pôles du rotor est par exemple supérieur ou égal à 12, le nombre 20 de pôles des premier et deuxième stators étant par exemple supérieur ou égal à 18. Chaque stator peut avantageusement être à bobinage concentré, les dents étant dépourvues d'épanouissements polaires. Les deux stators peuvent être alignés magnétiquement ou en variante être décalés angulairement, ce qui peut réduire encore plus les oscillations de couple, le 25 décalage angulaire (en radians) des rotors étant par exemple voisin de 11/6p, p étant le nombre de paires de pôles du rotor. L'invention a encore pour objet un procédé d'entraînement d'un ascenseur, dans lequel au moins un câble ou une courroie relié à l'ascenseur est mis en mouvement par la machine telle que définie ci-dessus, sans réducteur interposé. 30 L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un exemple de mise en oeuvre non limitatif de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : la figure 1 est une coupe transversale, schématique et partielle, d'un exemple de machine réalisée conformément à l'invention, et - la figure 2 illustre un détail de réalisation du rotor. La machine 1 représentée à la figure 1 est par exemple un moteur destiné à entraîner un ascenseur sans réducteur ou avec un faible rapport de réduction. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à une application particulière et s'applique également à la réalisation de moteurs ou de générateurs pour des applications autres que l'entraînement des ascenseurs. La machine 1 comporte un premier stator 2 et un deuxième stator 3, entre lesquels tourne un rotor 4. Le premier stator 2 comporte une pluralité de dents 6 qui sont dans l'exemple considéré dépourvues d'épanouissements polaires à leur extrémité libre, ces dents se raccordant à une culasse 7 qui peut être sensiblement symétrique de révolution autour de l'axe de rotation du rotor. The rotor may have first regions devoid of magnetic material disposed at least partially between the magnets and the surface of the rotor facing the first stator. The rotor may also include second regions devoid of magnetic material disposed at least partially between the magnets and the rotor surface facing the second stator. These regions devoid of magnetic material can contribute to reducing the torque ripples by tending to equalize the values of the direct Ld and Lq inverse inductances. In an exemplary implementation of the invention, the length of the regions devoid of magnetic material is between 1.1 and 1.3 times the width of the teeth of the stator opposite, being preferably close to 1.2 times this width. The first and second regions devoid of magnetic material can be made for example through recesses of the sheet metal rotor. The rotor may comprise a ring of magnetic material, formed for example by a superposition of magnetic sheets, with housings for receiving the magnets. These housings may be non-opening on the radially inner and outer surfaces of the rotor, which can improve the mechanical cohesion of the rotor. Each housing may comprise two ribs facing each other, forming a projection in the housing, and against which the magnet can come to bear. The number of poles of the rotor is, for example, greater than or equal to 12, the number of poles of the first and second stators being, for example, greater than or equal to 18. Each stator may advantageously be of concentrated winding, the teeth being devoid of blooming. polar. The two stators can be magnetically aligned or alternatively angularly offset, which can further reduce the torque oscillations, the angular displacement (in radians) of the rotors being for example close to 11 / 6p, p being the number of pairs of rotor poles. The invention further relates to a method of driving an elevator, wherein at least one cable or a belt connected to the elevator is set in motion by the machine as defined above, without interposed gearbox. The invention may be better understood on reading the following detailed description of an example of non-limiting implementation thereof, and on examining the appended drawing, in which: FIG. a cross section, schematic and partial, of an example of a machine made according to the invention, and - Figure 2 illustrates a detail of the rotor. The machine 1 shown in Figure 1 is for example a motor for driving a lift without reducer or with a low gear ratio. Of course, the invention is not limited to a particular application and also applies to the production of motors or generators for applications other than driving elevators. The machine 1 comprises a first stator 2 and a second stator 3, between which a rotor 4 rotates. The first stator 2 comprises a plurality of teeth 6 which in this example are devoid of polar expansions at their free end, these teeth connecting to a cylinder head 7 which may be substantially symmetrical in revolution about the axis of rotation of the rotor.

La machine 1 peut comporter un carter extérieur 10, comme illustré. Les dents 6 définissent entre elles des encoches 12 qui reçoivent des bobines 13, seule l'une d'entre elles étant représentée pour le premier stator 2 dans un souci de clarté du dessin. Le cas échéant, les dents 6 peuvent recevoir des cales de retenue des bobines 13, ces cales non représentées pouvant par exemple se glisser entre des gorges correspondantes prévues sur les faces en regard de deux dents adjacentes. Le deuxième stator 3 comporte, de manière similaire au premier stator 2, des dents 15 dépourvues d'épanouissements polaires et définissant entre elles des encoches 16 pour le montage de bobines 17, seule l'une d'entre elles étant représentée à la figure 1. The machine 1 may include an outer casing 10, as illustrated. The teeth 6 define between them notches 12 which receive coils 13, only one of them being represented for the first stator 2 for the sake of clarity of the drawing. Where appropriate, the teeth 6 may receive shims holding the reels 13, unrepresented shims can for example slip between corresponding grooves provided on the facing faces of two adjacent teeth. The second stator 3 comprises, in a manner similar to the first stator 2, teeth 15 devoid of pole openings and defining between them notches 16 for the assembly of coils 17, only one of them being represented in FIG. .

Dans l'exemple considéré, le nombre de dents des premier et deuxième stators est le même, les stators ayant la même polarité. Les dents peuvent être alignées angulairement, avec leurs axes longitudinaux X et Y confondus, comme illustré à la figure 1. En variante, afin de réduire davantage les ondulations de couple, les dents 6 et 15 peuvent être décalées angulairement, l'angle entre les axes X et Y étant de préférence de l-1/6 p, où p désigne le nombre de paires de pôles du rotor. In the example, the number of teeth of the first and second stators is the same, the stators having the same polarity. The teeth may be aligned angularly, with their longitudinal axes X and Y combined, as illustrated in FIG. 1. As a variant, in order to further reduce the torque ripples, the teeth 6 and 15 may be angularly offset, the angle between the X and Y axes being preferably 1-1/6 p, where p denotes the number of pole pairs of the rotor.

Les bobines 13 et 17 respectivement associées aux deux stators pour un pôle donné peuvent être reliées électriquement en série, chaque stator étant par exemple triphasé. Le rotor 4 comporte des aimants permanents 20 dont les pôles magnétiques sont orientés circonférentiellement, les pôles magnétiques de deux aimants 20 adjacents ayant même polarité, comme on peut le voir sur la figure 1. Les aimants permanents 20 présentent en section dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation une section trapézoïdale, avec une grande base 22 située du côté du premier stator 2, là où les dents 6 présentent la largeur la plus grande. The coils 13 and 17 respectively associated with the two stators for a given pole can be connected electrically in series, each stator being for example three-phase. The rotor 4 comprises permanent magnets 20 whose magnetic poles are circumferentially oriented, the magnetic poles of two adjacent magnets 20 having the same polarity, as can be seen in FIG. 1. The permanent magnets 20 have a section in a plane perpendicular to the axis of rotation a trapezoidal section, with a large base 22 located on the side of the first stator 2, where the teeth 6 have the largest width.

Les aimants permanents 20 sont disposés dans des logements 24 d'une couronne 26 en matériau magnétique formée par l'assemblage de tôles magnétiques superposées, recouvertes chacune d'un vernis isolant de façon à réduire les pertes par courants de Foucault. Le rotor 4 peut présenter des surfaces radialement intérieure 27 et extérieure 28 qui sont cylindriques de révolution, centrées sur l'axe de rotation du rotor 4. Chaque logement 24 comporte dans l'exemple considéré deux nervures 30 formant saillie l'une vers l'autre sur les grandes faces opposées 32, contre lesquelles l'aimant correspondant 20 peut venir en appui par sa grande base 22. Les grandes faces 32 du logement 24 convergent l'une vers l'autre en direction 20 du deuxième stator 3, de préférence avec le même angle que les grandes faces des aimants 20. Des évidements 36 prolongent les logements 24 du côté radialement intérieur du rotor 4. Les aimants 20 sont maintenus clans les logements 24 avec leur petite base 33 25 qui se situe au niveau du bord radialement intérieur des logements 24, laissant les évidements 36 libres. La longueur 1 des évidements 36 est supérieure à la largeur L des dents 15 à leur extrémité libre d'un facteur voisin de 1,2, valeur pour laquelle les inductances Ld et Lq ont sensiblement la même valeur. 30 Chaque logement 24 est prolongé au-delà des nervures 30 par un évidement 40, lequel est situé entre deux autres évidements 41. The permanent magnets 20 are arranged in housings 24 of a ring 26 of magnetic material formed by the assembly of superimposed magnetic sheets, each covered with an insulating varnish so as to reduce the eddy current losses. The rotor 4 may have radially inner surfaces 27 and outer surfaces 28 which are cylindrical in revolution, centered on the axis of rotation of the rotor 4. Each housing 24 comprises in the example in question two ribs 30 projecting towards each other. other on the large opposite faces 32, against which the corresponding magnet 20 can come to bear by its large base 22. The large faces 32 of the housing 24 converge towards each other in the direction 20 of the second stator 3, preferably with the same angle as the large faces of the magnets 20. Recesses 36 extend the housings 24 on the radially inner side of the rotor 4. The magnets 20 are held in the housings 24 with their small base 33 25 which is at the edge radially interior of the housing 24, leaving the recesses 36 free. The length 1 of the recesses 36 is greater than the width L of the teeth 15 at their free end by a factor close to 1.2, value for which the inductances Ld and Lq have substantially the same value. Each housing 24 is extended beyond the ribs 30 by a recess 40, which is located between two other recesses 41.

La distance 1' entre les extrémités les plus éloignés des évidements 41 est supérieure à la largeur L' d'une dent 6 d'un facteur voisin de 1,2, de façon à ce que les inductances Ld et Lq soient sensiblement égales, comme pour le deuxième stator 3. Les axes longitudinaux Z et Z' des évidements 36 et 40, 41 sont perpendiculaires aux rayons médians des logements 24, dans l'exemple considéré. L'épaisseur de matière e, mesurée radialement, entre un évidement 36, 40 ou 41 et la surface, radialement extérieure ou intérieure, adjacente du rotor peut être comprise entre 1 et 1,5 mm par exemple. Les parties 48 de la couronne 26 du rotor 4 situées entre deux aimants 20 10 adjacents se comportent comme des pièces polaires qui concentrent le flux magnétique des aimants 20 vers les dents 6 et 15. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple qui vient d'être décrit. On peut notamment utiliser, sans sortir du cadre de l'invention, des stators à bobinage distribué et/ou des dents comprenant des épanouissements polaires. The distance 1 'between the farthest ends of the recesses 41 is greater than the width L' of a tooth 6 by a factor of about 1.2, so that the inductances Ld and Lq are substantially equal, as for the second stator 3. The longitudinal axes Z and Z 'of the recesses 36 and 40, 41 are perpendicular to the median radii of the housings 24, in the example considered. The material thickness e, measured radially, between a recess 36, 40 or 41 and the adjacent radially outer or inner surface of the rotor may be between 1 and 1.5 mm, for example. The portions 48 of the ring 26 of the rotor 4 located between two adjacent magnets 20 behave like pole pieces which concentrate the magnetic flux of the magnets 20 towards the teeth 6 and 15. Of course, the invention is not limited to the example just described. Non-departing from the scope of the invention, it is possible, in particular, to use distributed winding stators and / or teeth comprising polar expansions.

15 On peut utiliser des aimants ayant une forme autre que trapézoïdale, par exemple rectangulaire. L'expression comportant un doit être comprise comme étant synonyme de comportant au moins un , sauf si le contraire est spécifié. 20Magnets having a shape other than trapezoidal, for example rectangular, may be used. The expression containing one must be understood as being synonymous with at least one, unless the opposite is specified. 20

Claims

1. Electrical rotating machine comprising: a first stator (2), - a second stator (3) concentric with the first and disposed therein, - a rotor (4) disposed between the first and the second stator, this rotor comprising permanent magnets (20) arranged circumferentially between polar portions (48).

2. Machine according to claim 1, the magnets (20) having a trapezoidal shape in cross section, with a larger base (22) adjacent to the first stator (2).

3. Machine according to one of claims 1 and 2, the rotor having cylindrical surfaces of revolution (27, 28) adjacent to the first and second stators, centered on the axis of rotation of the rotor.

4. Machine according to one of claims 1 to 3, the rotor having first regions (40, 41) devoid of magnetic material disposed at least partially between the magnets (20) and the surface (28) of the rotor facing the first stator.

5. Machine according to one of claims 1 to 4, the rotor having second regions (36) devoid of magnetic material disposed at least partially between the magnets and the surface (27) of the rotor facing the second stator.

6. Machine according to one of claims 4 and 5, the length (1; 1) of regions devoid of magnetic material being between 1.1 and 1.3 times the width (L; L ') of the teeth of the stator. look.

7. Machine according to claim 6, the length (1; 1 ') being close to 1.2 times this width (L; L').

8. Machine according to claims 4 and 5, the first and second regions devoid of magnetic material being made through recesses of the sheet metal rotor.

9. Machine according to one of claims 1 to 8, the rotor comprising a ring of magnetic material formed by a superposition of magnetic sheets, with housings (24) for receiving the magnets (20).

10. Machine according to claim 9, each housing having two ribs (30) facing each other, projecting into the housing (24), and against which the magnet (20) abuts.

11. Machine according to one of claims 1 to 10, the number of poles of the rotor being greater than or equal to

12. Machine according to one of claims 1 to 11, each stator being concentrated winding.

13. Machine according to one of claims 1 to 12, the stator having teeth devoid of pole openings.

14. Machine according to one of claims 1 to 13, the two stators being magnetically aligned.

15. Machine according to one of claims 1 to 13, the two stators being angularly offset by an angle close to II / 6p, p being the number of pairs of poles of the rotor.