FR3023995A1 - ELECTRIC MACHINE ROTOR WITH AXIAL FLUX - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un rotor (2) de machine électrique à flux axial, comprenant : - un enroulement principal (4) en forme de discoïde épais qui définit une direction radiale (dr), une direction ortho-radiale (do) et une direction axiale (da), qui définit une face circonférentielle externe (6) et deux faces latérales (8), et qui définit une pluralité d'encoches (10) réparties à intervalles réguliers sur ladite face circonférentielle externe (6); pour chaque encoche (10), l'aimant permanent (12) correspondant est installé de telle sorte que les deux surfaces de pôle s'étendent dans un plan perpendiculaire à la direction ortho-radiale (do) de l'enroulement principal (4).The invention relates to an axial flow electric machine rotor (2), comprising: - a thick discoid-shaped main winding (4) which defines a radial direction (dr), an ortho-radial direction (do) and a direction axial device (da), which defines an outer circumferential face (6) and two lateral faces (8), and which defines a plurality of notches (10) distributed at regular intervals on said outer circumferential face (6); for each notch (10), the corresponding permanent magnet (12) is installed in such a way that the two pole surfaces extend in a plane perpendicular to the ortho-radial direction (do) of the main winding (4) .
Description
Rotor de machine électrique à flux axial L'invention concerne un rotor de machine électrique à flux axial. Les véhicules électriques et hybrides nécessitent l'usage de moteurs électriques capables de délivrer un fort couple spécifique et présentant un encombrement axial aussi réduit que possible.The invention relates to an axial flow electric machine rotor. Electric and hybrid vehicles require the use of electric motors capable of delivering a high specific torque and having an axial space as small as possible.
Les moteurs à aimants permanents à flux axial permettent d'obtenir un rotor relativement compact. Il existe un besoin pour un rotor de machine électrique encore plus compact, notamment au niveau du diamètre, et notamment pour des applications à couple spécifique relativement important.Axial flow permanent magnet motors provide a relatively compact rotor. There is a need for an even more compact electric machine rotor, particularly in terms of diameter, and particularly for relatively large specific torque applications.
A cet effet, l'objet de l'invention concerne un rotor de machine électrique à flux axial, qui comprend : - un enroulement principal en forme de discoïde épais qui définit une direction radiale, une direction ortho-radiale et une direction axiale, qui définit une face circonférentielle externe et deux faces latérales, et qui définit une pluralité d'encoches réparties à intervalles réguliers sur ladite face circonférentielle externe ; - pour chaque encoche de la pluralité d'encoches, un aimant permanent installé dans ladite encoche, ledit aimant permanent présentant un pôle nord à une extrémité nord définissant une première surface de pôle et un pôle sud à une extrémité sud opposée à l'extrémité nord définissant une deuxième surface de pôle ; pour chaque encoche, l'aimant permanent correspondant est installé de telle sorte que les deux surfaces de pôle s'étendent dans un plan perpendiculaire à la direction ortho-radiale de l'enroulement principal ; et pour deux encoches adjacentes, les deux aimants permanents correspondants sont insérés dans chaque encoche de sorte qu'une surface de pôle du premier aimant permanent soit en regard d'une surface de pôle du deuxième aimant permanent de même polarité, de manière à générer un pôle rotorique, de même polarité que les deux surfaces de pôle en regard l'une de l'autre, sur une portion de chacune des faces latérales de l'enroulement principal, dite portion de pôle rotorique. Ainsi on peut obtenir une machine relativement compacte et simple à fabriquer.For this purpose, the object of the invention concerns an axial flow electric machine rotor, which comprises: a thick discoid-shaped main winding which defines a radial direction, an ortho-radial direction and an axial direction, which defines an outer circumferential face and two lateral faces, and which defines a plurality of notches distributed at regular intervals on said outer circumferential face; for each notch of the plurality of notches, a permanent magnet installed in said notch, said permanent magnet having a north pole at a north end defining a first pole surface and a south pole at a south end opposite the north end defining a second pole surface; for each notch, the corresponding permanent magnet is installed such that the two pole surfaces extend in a plane perpendicular to the ortho-radial direction of the main winding; and for two adjacent notches, the two corresponding permanent magnets are inserted into each notch so that a pole surface of the first permanent magnet is facing a pole surface of the second permanent magnet of the same polarity, so as to generate a rotor pole, of the same polarity as the two pole surfaces facing each other, on a portion of each of the lateral faces of the main winding, said rotor pole portion. Thus one can obtain a relatively compact machine and simple to manufacture.
Avantageusement, les surfaces de pôle des aimants permanents peuvent être maintenues à distance de l'entrefer, séparant le rotor du stator dans une direction axiale, ainsi on peut limiter les risques de démagnétisation des aimants permanents.Advantageously, the pole surfaces of the permanent magnets can be kept at a distance from the air gap, separating the rotor from the stator in an axial direction, so that the risks of demagnetization of the permanent magnets can be limited.
Les courants de Foucault peuvent être mieux filtrés par l'épaisseur de l'enroulement principal séparant les surfaces de pôles des aimants permanents de l'entrefer. Ainsi on peut limiter les pertes liées aux perturbations électromagnétiques que subit le rotor.The eddy currents can be better filtered by the thickness of the main winding separating the pole surfaces of the permanent magnets from the gap. Thus one can limit the losses related to the electromagnetic disturbances that the rotor undergoes.
La partie de pôle rotorique peut être définie comme une zone de convergence des flux magnétiques de deux aimants adjacents sur la face latérale de l'enroulement principal. Pour deux aimants permanents adjacents, la portion de pôle rotorique d'une face latérale de l'enroulement principal peut être délimitée par les deux plans dans lesquels s'étendent les deux surfaces de pôle en regard l'une de l'autre. Avantageusement et de manière non limitative, pour deux aimants permanents adjacents, pour chaque face latérale, le rapport entre une valeur de superficie d'une surface de pôle d'un aimant permanent et une valeur de superficie de la portion de pôle rotorique correspondante est supérieure à 1, et par exemple supérieure ou égale à 1,2. Ainsi on peut obtenir une relativement bonne performance du rotor, et un couple relativement important, pour un volume de rotor relativement compact.The rotor pole portion can be defined as a convergence zone of the magnetic fluxes of two adjacent magnets on the side face of the main winding. For two adjacent permanent magnets, the rotor pole portion of a side face of the main winding may be delimited by the two planes in which the two pole surfaces extend towards each other. Advantageously and in a nonlimiting manner, for two adjacent permanent magnets, for each lateral face, the ratio between an area value of a pole surface of a permanent magnet and an area value of the corresponding rotor pole portion is greater than at 1, and for example greater than or equal to 1.2. Thus a relatively good performance of the rotor, and a relatively large torque, can be obtained for a relatively compact rotor volume.
Avantageusement et de manière non limitative, au moins un aimant permanent inséré dans une encoche peut présenter une forme de parallélépipède rectangle. Ainsi les aimants permanents peuvent être relativement peu coûteux. Les aimants permanents peuvent aussi présenter toute forme adaptée pour s'insérer dans une encoche du rotor, par exemple cubiques, trapézoïdaux ou tout autre forme géométrique que peut prendre un aimant permanent. Avantageusement et de manière non limitative, au moins un aimant permanent peut comprendre plusieurs corps d'aimants permanents empilés suivant la direction radiale de l'enroulement principal. Ainsi ces aimants peuvent être relativement efficaces.Advantageously and in a nonlimiting manner, at least one permanent magnet inserted in a notch may have a rectangular parallelepiped shape. Thus permanent magnets can be relatively inexpensive. Permanent magnets may also have any shape adapted to fit into a notch of the rotor, for example cubic, trapezoidal or any other geometric shape that can take a permanent magnet. Advantageously and in a nonlimiting manner, at least one permanent magnet may comprise several bodies of permanent magnets stacked in the radial direction of the main winding. So these magnets can be relatively effective.
Les aimants peuvent aussi être accolés les uns aux autres, par exemple dans la direction ortho-radiale ou dans la direction axiale de l'enroulement principal. Avantageusement de manière non limitative, les corps aimants permanents peuvent être collés les uns aux autres. Ainsi, ils peuvent présenter une relativement bonne tenue les uns par rapport aux autres. Avantageusement de manière non limitative, les corps aimants permanents peuvent être isolés les uns des autres, de manière à réduire la circulation d'éventuels courants de Foucault dans leur matière.The magnets may also be contiguous to each other, for example in the ortho-radial direction or in the axial direction of the main winding. Advantageously, without limitation, the permanent magnet bodies can be glued to each other. Thus, they can have a relatively good behavior relative to each other. Advantageously, without limitation, the permanent magnet bodies may be isolated from each other, so as to reduce the flow of possible eddy currents in their material.
Avantageusement et de manière non limitative, le rotor peut comprendre un cerclage qui vient recouvrir la face circonférentielle externe de l'enroulement principal pour maintenir les aimants permanents dans les encoches. Ainsi le rotor peut être relativement solide. Le cerclage peut être en un matériau métallique, par exemple en un matériau métallique amagnétique, en matériau polymère, ou en tout autre matériau qui convient. En particulier, le rotor peut relativement bien maintenir les aimants permanents en place dans les encoches lors de la rotation du rotor, soumettant les aimants à des efforts de centrifugation relativement importants. Le rotor peut comprendre un moyeu de transmission mécanique inséré dans une ouverture centrale de l'enroulement principal. Avantageusement et de manière non limitative, le rotor peut comprendre une pluralité de piges de fixation, solidarisées à la face circonférentielle de l'enroulement principal, traversant l'enroulement, et solidarisées au moyeu de transmission mécanique de manière à maintenir l'enroulement principal solidaire du moyeu de transmission mécanique. Ainsi on peut obtenir une relativement bonne tenue du moyeu avec l'enroulement. En particulier, l'enroulement peut être relativement bien solidarisé avec le cerclage. Les piges de fixation peuvent être en un matériau métallique, par exemple en un matériau métallique amagnétique, en matériau polymère, ou en tout autre matériau qui convient. L'enroulement permanent peut définir, pour chaque encoche dans laquelle est insérée un aimant permanent, une partie de pont magnétique, correspondant à la partie de l'enroulement principal comprise entre une face latérale de l'enroulement principal et une face latérale de l'encoche et délimitée par deux plans dans lesquels s'étendent les deux surfaces de pôle de l'aimant permanent correspondant. La partie de pont magnétique peut comprendre une rainure s'étendant dans une direction radiale de l'enroulement principal et de longueur, selon la direction ortho-radiale, inférieure à la longueur de la face latérale de l'encoche. Autrement dit, le pont magnétique peut avoir une forme sensiblement en créneau, comprenant une partie épaisse et une partie fine.Advantageously and in a nonlimiting manner, the rotor may comprise a strapping which covers the outer circumferential face of the main winding to hold the permanent magnets in the notches. Thus the rotor can be relatively solid. The strapping may be of a metallic material, for example a non-magnetic metallic material, a polymeric material, or any other suitable material. In particular, the rotor can relatively well hold the permanent magnets in place in the notches during rotation of the rotor, subjecting the magnets to relatively large centrifugation efforts. The rotor may include a mechanical transmission hub inserted into a central opening of the main winding. Advantageously and in a nonlimiting manner, the rotor may comprise a plurality of fixing pegs, secured to the circumferential face of the main winding, passing through the winding, and secured to the mechanical transmission hub so as to maintain the main winding secured to of the mechanical transmission hub. Thus one can obtain a relatively good resistance of the hub with the winding. In particular, the winding can be relatively well secured with the strapping. The fixing pins may be of a metallic material, for example a non-magnetic metallic material, a polymeric material, or any other suitable material. The permanent winding may define, for each notch into which a permanent magnet is inserted, a magnetic bridge portion, corresponding to that part of the main winding between a side face of the main winding and a side face of the winding. notch and delimited by two planes in which extend the two pole surfaces of the corresponding permanent magnet. The magnetic bridge portion may comprise a groove extending in a radial direction of the main winding and of length, in the ortho-radial direction, less than the length of the side face of the notch. In other words, the magnetic bridge may have a substantially slot-shaped shape, comprising a thick portion and a thin portion.
La partie fine du pont magnétique peut s'étendre sur une longueur pouvant être de 50% à 80% de la longueur du pont magnétique selon la direction ortho-radiale de l'enroulement principal. Les rainures peuvent être, par exemple, usinées après que l'enroulement ait été réalisé.The thin portion of the magnetic bridge can extend over a length that can be from 50% to 80% of the length of the magnetic bridge in the ortho-radial direction of the main winding. The grooves may be, for example, machined after the winding has been completed.
Ainsi on peut minimiser les flux de fuite correspondants au rebouclage du flux présent entre deux aimants permanents dans l'enroulement principal. L'invention concerne aussi une machine électrique à flux axial comprenant un rotor tel que décrit précédemment.Thus one can minimize the leakage fluxes corresponding to the looping of the flux present between two permanent magnets in the main winding. The invention also relates to an axial flow electrical machine comprising a rotor as described above.
L'invention concerne aussi un véhicule automobile comprenant une machine électrique à flux axial telle que décrite précédemment. L'invention est maintenant décrite en référence aux dessins annexés, non limitatifs, dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un moteur de machine électrique flux axial selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective d'un rotor de machine électrique selon ce mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une vue en perspective d'un aimant permanent pour un rotor de machine électrique selon ce mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4 est une vue latérale d'un rotor de machine électrique à flux axial selon ce mode de réalisation de l'invention ; - la figure 5 est une vue en perspective d'une machine électrique à flux axial selon ce mode de réalisation de l'invention ; - la figure 6 est une vue schématique d'un rotor de machine électrique à flux axial selon ce mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 7 est une vue schématique du dessus d'un enroulement principal d'un rotor de machine électrique à flux axial selon ce mode de réalisation. Dans la présente description, les termes avant, arrière, supérieur, inférieur, font référence aux directions avant et arrière du véhicule. Les axes X, Y, Z, correspondent respectivement à l'axe longitudinal (d'avant en arrière), transversal et vertical du véhicule. Par sensiblement horizontal, longitudinal ou vertical, on entend une direction/un plan formant un angle d'au plus ±20°, voire d'au plus 10° ou d'au plus 5° avec une direction/un plan horizontal, longitudinal ou vertical. Par sensiblement parallèle, perpendiculaire ou à angle droit, on entend une direction/un angle s'écartant d'au plus ±20°, voire d'au plus 10° ou d'au plus 5° d'une direction parallèle, perpendiculaire ou d'un angle droit. Des références identiques pourront être utilisées dans des figures différentes pour désigner des éléments similaires. Les figures 1 à 7 étant relatives à un même mode de réalisation, elles seront commentées simultanément.The invention also relates to a motor vehicle comprising an axial flow electrical machine as described above. The invention is now described with reference to the accompanying non-limiting drawings, in which: FIG. 1 is a perspective view of an axial flow electric machine motor according to one embodiment of the invention; FIG. 2 is a perspective view of an electric machine rotor according to this embodiment of the invention; FIG. 3 is a perspective view of a permanent magnet for an electric machine rotor according to this embodiment of the invention; FIG. 4 is a side view of an axial flow electric machine rotor according to this embodiment of the invention; FIG. 5 is a perspective view of an axial flow electric machine according to this embodiment of the invention; FIG. 6 is a schematic view of an axial flow electric machine rotor according to this embodiment of the invention; and FIG. 7 is a schematic top view of a main winding of an axial flow electric machine rotor according to this embodiment. In the present description, the terms front, rear, upper, lower, refer to the front and rear directions of the vehicle. The X, Y, Z axes correspond respectively to the longitudinal (front to back), transverse and vertical axis of the vehicle. By substantially horizontal, longitudinal or vertical means a direction / plane forming an angle of not more than ± 20 °, or not more than 10 ° or not more than 5 ° with a direction / a horizontal, longitudinal or vertical. By substantially parallel, perpendicular or at right angle is meant a direction / an angle deviating by not more than ± 20 °, or not more than 10 ° or not more than 5 ° from a parallel, perpendicular or from a right angle. Identical references may be used in different figures to designate similar elements. Figures 1 to 7 being related to the same embodiment, they will be commented simultaneously.
Un rotor 2 d'une machine électrique à flux axial 1, aussi appelée machine discoïde 1, comprend un enroulement principal 4 en forme de discoïde épais. L'enroulement principal 4 est ici un enroulement de tôle électrique composé de 156 spires enroulées, chaque spire étant isolée des spires adjacentes par une couche d'époxy. L'enroulement principal 4 définit en chaque point une direction radiale dr, une direction ortho-radiale dr., et une direction axiale da, ces trois directions forment les axes pour une base ortho-normale permettant de définir en chaque point l'enroulement principal 4.A rotor 2 of an axial flow electric machine 1, also called a discoid machine 1, comprises a main winding 4 in the form of a thick discoid. The main winding 4 is here an electric sheet winding composed of 156 wound turns, each turn being isolated from adjacent turns by an epoxy layer. The main winding 4 defines in each point a radial direction dr, an ortho-radial direction dr., And an axial direction da, these three directions form the axes for an ortho-normal base making it possible to define in each point the main winding. 4.
La direction axiale da correspond à la direction dans laquelle s'étend l'axe de rotation de l'enroulement principal 4 ; la direction radiale dr est la direction d'une droite qui, en un point de l'enroulement principal 4, passe par le centre de l'enroulement et par le point concerné ; et la direction ortho-radiale do est la troisième direction pour former une base ortho-normale. La direction ortho-radiale do correspond sensiblement à la direction tangentielle à la surface de l'enroulement principal 4.The axial direction da corresponds to the direction in which the axis of rotation of the main winding 4 extends; the radial direction dr is the direction of a line which, at a point of the main winding 4, passes through the center of the winding and the point concerned; and the ortho-radial direction C is the third direction to form an ortho-normal base. The ortho-radial direction c corresponds substantially to the direction tangential to the surface of the main winding 4.
L'enroulement principal 4 définit une face circonférentielle externe 6 et deux faces latérales 8. L'enroulement principal 4 définit une pluralité d'encoches 10 réparties à intervalles réguliers sur la face circonférentielle externe 6.The main winding 4 defines an outer circumferential face 6 and two lateral faces 8. The main winding 4 defines a plurality of notches 10 distributed at regular intervals on the outer circumferential face 6.
Chaque encoche 10 à une section rectangulaire dans le sens perpendiculaire au rayon de l'enroulement principal 4. Ici, les encoches 10 traversent de part en part l'enroulement principal 4 dans la direction radiale dr. Les encoches 10 ont une section rectangulaire de sensiblement 25 mm selon la direction axiale da et de sensiblement 10 mm selon la direction ortho-radiale d,.. Chaque encoche 10 de l'enroulement principal 4 reçoit un aimant permanent 12. Chaque aimant permanent 12 présente un pôle nord à une extrémité nord définissant une première surface 14 de pôle et un pôle sud définissant une deuxième surface 15 de pôle à une extrémité sud opposée à l'extrémité nord. Autrement dit, un aimant permanent 12 comprend deux surfaces opposées 14, 15, une première surface 14 définissant le pôle nord, et une deuxième surface 15 définissant le pôle sud. Pour chaque encoche 10, l'aimant permanent 12 correspondant est installé de telle sorte que les deux surfaces de pôle 14, 15 s'étendent dans un plan perpendiculaire à la direction ortho-radiale do de l'enroulement principal 4.Each notch 10 has a rectangular section in the direction perpendicular to the radius of the main winding 4. Here, the notches 10 pass right through the main winding 4 in the radial direction dr. The notches 10 have a rectangular section of substantially 25 mm in the axial direction da and substantially 10 mm in the ortho-radial direction d. Each notch 10 of the main winding 4 receives a permanent magnet 12. Each permanent magnet 12 has a north pole at a north end defining a first pole surface 14 and a south pole defining a second pole surface at a south end opposite the north end. In other words, a permanent magnet 12 comprises two opposite surfaces 14, 15, a first surface 14 defining the north pole, and a second surface 15 defining the south pole. For each notch 10, the corresponding permanent magnet 12 is installed in such a way that the two pole surfaces 14, 15 extend in a plane perpendicular to the ortho-radial direction do of the main winding 4.
Autrement dit, l'aimant permanent 12 est inséré dans l'encoche 10 de telle sorte que les vecteurs normaux de la première et de la deuxième surface de pôle 14, 15 sont sensiblement colinéaire avec la direction ortho-radiale do de l'enroulement principal 4. Les aimants permanents 12 ont une forme et des dimensions sensiblement complémentaires à l'encoche 10 correspondante. Autrement dit, les aimants permanents 12 présentent une section rectangulaire de dimension sensiblement comparable à la section rectangulaire de l'encoche 10, et une hauteur sensiblement correspondante à la profondeur de l'encoche 10 correspondante.In other words, the permanent magnet 12 is inserted into the notch 10 so that the normal vectors of the first and second pole surfaces 14, 15 are substantially collinear with the ortho-radial direction C of the main winding. 4. The permanent magnets 12 have a shape and dimensions substantially complementary to the corresponding notch 10. In other words, the permanent magnets 12 have a rectangular section of dimension substantially comparable to the rectangular section of the notch 10, and a height substantially corresponding to the depth of the corresponding notch 10.
Autrement dit, un aimant permanent 12 est installé dans une encoche 10 correspondante, de telle sorte qu'il est entièrement inséré dans l'encoche 10 ; l'aimant permanent 12 ne présentant aucune partie en saillie de l'enroulement principal 4. Pour deux encoches 10 adjacentes, les deux aimants permanents 12 correspondants sont insérés dans les encoches 10 respectives, de manière à ce qu'une surface de pôle 14, 15 du premier aimant permanent 12 soit en regard d'une surface de pôle 14, 15 du deuxième aimant permanent 12 de même polarité, de manière à générer un pôle rotorique sur une portion de pôle rotorique 20 de l'enroulement principal 4, le pôle rotorique étant de même polarité que les deux surfaces de pôle 14, 15 en regard l'une de l'autre. La portion de pôle rotorique 20 s'étend sur une portion de chacune des faces latérales 8 de l'enroulement principal 4. La superficie de la portion de pôle rotorique 20 entre deux aimants permanents adjacents 14, 15 est définie par exemple selon une valeur correspondant à ±10% de la formule suivante (formule 1): ( 2 Dext - Dint )*[ 4p ir(Dext - Dint) Sg = [ epm] dans laquelle : o Sg correspond à la superficie de la portion de pôle rotorique 20 ; o Dext correspond au diamètre extérieur de l'enroulement principal 4 ; o Dint correspond au diamètre intérieur de l'enroulement principal 4 ; o p correspond au nombre de pôles rotoriques du rotor de la machine à flux axiale 1 ; et o epm correspond à l'épaisseur des aimants permanents 12. Le rapport x,p pour deux aimants permanents 12 adjacents, appelée coefficient de concentration de flux magnétique, entre la valeur de la surface d'un des aimants permanents 12 et la portion de pôle rotorique 20 correspondant peut être obtenu notamment par la formule suivante (formule 2) : Lpm X(P = ir(Dext + Dint) epm4p dans laquelle : o Lpm correspond à la longueur axiale des aimants, correspondant sensiblement à la longueur dans la direction axiale da de la section rectangulaire des encoches 10. o Dext correspond au diamètre extérieur de l'enroulement principal 4 ; o Dint correspond au diamètre intérieur de l'enroulement principal 4 ; et o ep,,, correspond à l'épaisseur des aimants permanents 12. Nous cherchons avantageusement à obtenir x,p > 1,2.In other words, a permanent magnet 12 is installed in a corresponding notch 10, so that it is fully inserted into the notch 10; the permanent magnet 12 having no protruding portion of the main winding 4. For two adjacent notches 10, the two corresponding permanent magnets 12 are inserted into the respective notches 10, so that a pole surface 14, 15 of the first permanent magnet 12 is facing a pole surface 14, 15 of the second permanent magnet 12 of the same polarity, so as to generate a rotor pole on a rotor pole portion 20 of the main winding 4, the pole rotor being of the same polarity as the two pole surfaces 14, 15 facing one another. The rotor pole portion 20 extends over a portion of each of the lateral faces 8 of the main winding 4. The area of the rotor pole portion 20 between two adjacent permanent magnets 14, 15 is defined for example according to a corresponding value to ± 10% of the following formula (formula 1): (2 Dext - Dint) * [4p ir (Dext - Dint) Sg = [epm] wherein: o Sg is the area of the rotor pole portion 20; o Dext corresponds to the outside diameter of the main winding 4; o Dint corresponds to the inside diameter of the main winding 4; o p corresponds to the number of rotor poles of the rotor of the axial flow machine 1; and o epm corresponds to the thickness of the permanent magnets 12. The ratio x, p for two adjacent permanent magnets 12, called the magnetic flux concentration coefficient, between the value of the surface of one of the permanent magnets 12 and the portion of corresponding rotor pole 20 can be obtained in particular by the following formula (formula 2): Lpm X (P = ir (Dext + Dint) epm4p in which: o Lpm corresponds to the axial length of the magnets, corresponding substantially to the length in the direction axial axis da of the rectangular section of the notches 10. o Dext corresponds to the outer diameter of the main winding 4. Dint corresponds to the inner diameter of the main winding 4 and o ep ,,, corresponds to the thickness of the permanent magnets 12. We are looking for x, p> 1,2.
Les aimants permanents 12 ont ici une forme de parallélépipède rectangle. Avantageusement, les aimants permanents 12 en forme de parallélépipède rectangle sont relativement standard et leur coût de fabrication est relativement faible. En référence à la figure 3, les aimants permanents 12 comprennent plusieurs corps d'aimant 30 permanents empilés suivant la direction radiale dr de l'enroulement principal 10 ici cinq corps d'aimants 30 superposés suivant la direction radiale dr de l'enroulement principal. Les corps d'aimant 30 sont collés les uns aux autres et isolés les uns des autres. Ainsi on peut réduire les courants de Foucault pouvant circuler à l'intérieur des aimants permanents 12. Il est possible de superposer un plus grand nombre de corps d'aimant 30 de plus petite taille, par exemple entre cinq et vingt corps d'aimant 30 de plus petite taille, pour réduire l'effet des courants de Foucault à l'intérieur des aimants permanents 12. Le rotor 2 comprend un cerclage 40 qui vient recouvrir la face circonférentielle 6 de l'enroulement principal 4 pour maintenir les aimants permanents 12 dans les encoches 10.Permanent magnets 12 here have a rectangular parallelepiped shape. Advantageously, the permanent magnets 12 in the form of a rectangular parallelepiped are relatively standard and their manufacturing cost is relatively low. With reference to FIG. 3, the permanent magnets 12 comprise a plurality of permanent magnet bodies 30 stacked in the radial direction dr of the main winding 10, here five magnet bodies 30 superimposed in the radial direction dr of the main winding. The magnet bodies 30 are glued to each other and isolated from each other. Thus, it is possible to reduce the eddy currents that can circulate inside the permanent magnets 12. It is possible to superpose a larger number of magnet bodies 30 of smaller size, for example between five and twenty magnet bodies. of smaller size, to reduce the effect of eddy currents inside the permanent magnets 12. The rotor 2 comprises a strapping 40 which covers the circumferential face 6 of the main winding 4 to maintain the permanent magnets 12 in the notches 10.
Autrement dit le cerclage 40 permet de maintenir les aimants permanents 12 dans les encoches 10 lorsque le rotor 2 est en rotation sur lui-même, et donc que les aimants permanents 12 sont soumis à une force centrifuge relativement élevée, le rotor 2 tournant à des vitesses pouvant atteindre par exemple 7000 tours/minute.In other words, the strapping 40 makes it possible to keep the permanent magnets 12 in the notches 10 when the rotor 2 is rotating on itself, and therefore that the permanent magnets 12 are subjected to a relatively high centrifugal force, the rotor 2 rotating at relatively high speeds. speeds of up to 7000 rpm, for example.
Le rotor 2 comprend un moyeu de transmission 50 mécanique inséré dans une ouverture centrale de l'enroulement principal 4.The rotor 2 comprises a mechanical transmission hub 50 inserted in a central opening of the main winding 4.
Le rotor 2 comprend des piges de fixation 54, en matériau métallique amagnétique , ici en acier inoxydable, solidarisées à la face circonférentielle 6 de l'enroulement principal 4, traversant l'enroulement principal 4, dans la direction radiale dr de l'enroulement principal 4, et solidarisées au moyeu de transmission 54 de manière à maintenir l'enroulement principal 4 solidaire du moyeu de transmission 50 mécanique. Autrement dit, les piges de fixation 54 pénètrent par la face circonférentielle externe 6 de l'enroulement principal 4 et sont traversantes radialement de manière à venir s'insérer dans le moyeu de transmission 50 qui est lui-même inséré dans l'ouverture centrale de l'enroulement principal 4. Pour deux encoches 10 consécutives, une pige de fixation 54 traverse la face circonférentielle externe 6 à une position centrale entre les deux encoches 10 consécutives. Il y a donc autant de piges de fixation 54 que d'encoches 10 dans l'enroulement principal 4. En référence à la figure 7, une partie de pont magnétique 70, aussi appelée pont magnétique 70, sépare, dans la direction axiale da, un aimant permanent 12 inséré dans une encoche 10 de l'entrefer 74 compris entre le stator 3 et le rotor 2. Autrement dit, la partie de pont magnétique 70 est une zone épaisse de l'enroulement principal 4 séparant un aimant permanent 12 de l'entrefer 74. Le pont magnétique 70 s'étend sur toute la hauteur de l'aimant permanent 12 et donc sur toute la hauteur de l'encoche 10 selon la direction radiale dr de l'enroulement principal 6. Le pont magnétique définit une largeur sensiblement égale à la largeur de l'encoche dans la direction ortho-radiale de l'enroulement principal 4. Ainsi, pour chaque aimant permanent 12, un pont magnétique 70 est défini du côté de la face latérale 8 de l'enroulement principal 4 en vis-à-vis du stator 3 associé. Avantageusement, la machine électrique 1 comprend deux stators 3, chacun en vis-à-vis avec une face latérale 8 de l'enroulement principal 12 ; chaque aimant permanent 12 étant alors séparé des deux entrefers, par deux ponts magnétiques 70 de part et d'autre de l'aimant permanent 12.The rotor 2 comprises fixing pegs 54, made of non-magnetic metallic material, here made of stainless steel, secured to the circumferential face 6 of the main winding 4, passing through the main winding 4, in the radial direction dr of the main winding. 4, and secured to the transmission hub 54 so as to maintain the main winding 4 integral with the transmission hub 50 mechanical. In other words, the fixing rods 54 penetrate through the outer circumferential face 6 of the main winding 4 and are radially therethrough so as to fit into the transmission hub 50 which is itself inserted into the central opening of the main winding 4. For two consecutive notches 10, a fixing rod 54 passes through the outer circumferential face 6 at a central position between the two consecutive notches 10. There are therefore as many fastening rods 54 as slots 10 in the main winding 4. With reference to FIG. 7, a magnetic bridge portion 70, also called magnetic bridge 70, separates, in the axial direction da, a permanent magnet 12 inserted in a notch 10 of the air gap 74 between the stator 3 and the rotor 2. In other words, the magnetic bridge portion 70 is a thick zone of the main winding 4 separating a permanent magnet 12 from the The magnetic bridge 70 extends over the entire height of the permanent magnet 12 and thus over the entire height of the notch 10 in the radial direction dr of the main winding 6. The magnetic bridge defines a width substantially equal to the width of the notch in the ortho-radial direction of the main winding 4. Thus, for each permanent magnet 12, a magnetic bridge 70 is defined on the side of the lateral face 8 of the main winding 4 in vis-à-vis the associated stator 3. Advantageously, the electric machine 1 comprises two stators 3, each in facing relation with a lateral face 8 of the main winding 12; each permanent magnet 12 then being separated from the two gaps by two magnetic bridges 70 on either side of the permanent magnet 12.
Les ponts magnétiques 70 comprennent des rainures 72 qui s'étendent radialement sur les faces latérales 8 de l'enroulement principal 12, de sorte que l'épaisseur du pont magnétique est réduite sur une partie selon la direction ortho-radiale d..The magnetic bridges 70 comprise grooves 72 which extend radially on the lateral faces 8 of the main winding 12, so that the thickness of the magnetic bridge is reduced on a portion in the ortho-radial direction of the coil.
Ainsi on peut minimiser les flux de fuite correspondant au rebouclage du flux entre deux aimants adjacents dans l'enroulement, dit aussi fer rotorique. Autrement dit, chaque pont magnétique 70 a une forme de créneau dont une partie épaisse est d'environ 2 mm et une partie fine d'environ 0.5 mm, ce qui correspond à une rainure 72 d'environ 1.5 mm d'épaisseur. La rainure s'étend, selon la direction ortho-radiale d., sensiblement au milieu de la largeur du pont magnétique et sur une longueur pouvant être comprise entre 50% et 70% de la longueur du pont magnétique.15Thus, it is possible to minimize the leakage fluxes corresponding to the looping of the flux between two adjacent magnets in the winding, also called rotor iron. In other words, each magnetic bridge 70 has a slot shape of which a thick portion is about 2 mm and a thin portion of about 0.5 mm, which corresponds to a groove 72 of about 1.5 mm thick. The groove extends, in the ortho-radial direction d., Substantially in the middle of the width of the magnetic bridge and over a length that can be between 50% and 70% of the length of the magnetic bridge.
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| FR1456779A FR3023995B1 (en) | 2014-07-15 | 2014-07-15 | ELECTRIC MACHINE ROTOR WITH AXIAL FLUX |
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|---|---|---|---|---|
| WO2021148072A1 (en) * | 2020-01-24 | 2021-07-29 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Rotor, method for producing a rotor and axial flux machine |
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-
2014
- 2014-07-15 FR FR1456779A patent/FR3023995B1/en active Active
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| Publication number | Publication date |
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