FR3133281A1 - Electromagnetic motor with surface magnets - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un moteur (1) électromagnétique comprenant un rotor interne (2) et un rotor externe (2a) concentriques par rapport à un axe de rotation (3) central, les rotors (2, 2a) intercalant entre eux un stator (10) avec un entrefer (14, 14a) entre le stator (10) et chaque rotor (2, 2a). Chaque rotor (2, 2a) est muni d’un circuit magnétique (8) de circulation de flux magnétique en vis-à-vis d’un entrefer (14, 14a) respectif et porte des aimants (6). Pour les rotors (2, 2a) interne et externe, les aimants sont des aimants surfaciques (6) positionnés dans ou sur le circuit magnétique (8) associé en affleurant du circuit magnétique (8) vers l’entrefer (14, 14a) respectif. Figure de l’abrégé : FIGURE 1The invention relates to an electromagnetic motor (1) comprising an internal rotor (2) and an external rotor (2a) concentric with respect to a central axis of rotation (3), the rotors (2, 2a) interposing between them a stator ( 10) with an air gap (14, 14a) between the stator (10) and each rotor (2, 2a). Each rotor (2, 2a) is provided with a magnetic circuit (8) for circulating magnetic flux facing a respective air gap (14, 14a) and carries magnets (6). For the internal and external rotors (2, 2a), the magnets are surface magnets (6) positioned in or on the associated magnetic circuit (8) flush with the magnetic circuit (8) towards the respective air gap (14, 14a). . Abstract figure: FIGURE 1

Description

Moteur électromagnétique à aimants surfaciquesElectromagnetic motor with surface magnets

L’invention concerne un moteur électromagnétique d’entraînement d’un organe l’enveloppant au moins partiellement, notamment en l’intégrant en son intérieur, ou en étant adossé au moteur, ce moteur étant à aimants surfaciques.The invention relates to an electromagnetic motor for driving an organ enveloping it at least partially, in particular by integrating it into its interior, or by being attached to the motor, this motor being with surface magnets.

Dans un mode de réalisation non limitatif de la présente invention, le moteur peut être logé dans une roue d’un véhicule pour la propulsion dudit véhicule en formant ainsi ce qui est dénommé un moteur roue. Dans le cas d’un véhicule muni de plusieurs roues, un tel moteur peut être implanté dans chaque roue du véhicule.In a non-limiting embodiment of the present invention, the motor can be housed in a wheel of a vehicle for the propulsion of said vehicle, thus forming what is called a wheel motor. In the case of a vehicle equipped with several wheels, such a motor can be installed in each wheel of the vehicle.

Un tel moteur d’entraînement d’un organe s’adresse notamment à des applications à faible vitesse et fort couple dans un encombrement restreint de forme sensiblement discoïde.Such a motor for driving a component is intended in particular for low speed and high torque applications in a small footprint with a substantially discoid shape.

Pour ce faire, il est connu d’utiliser un moteur électromagnétique comprenant un rotor portant des aimants permanents et un stator portant des bobinages, le stator et le rotor délimitant entre eux un entrefer.To do this, it is known to use an electromagnetic motor comprising a rotor carrying permanent magnets and a stator carrying windings, the stator and the rotor defining an air gap between them.

Un tel moteur à un seul entrefer bien que d’un encombrement réduit qui est favorable à son implantation dans un organe à entraîner présente le grand désavantage de ne pas délivrer un fort couple.Such a motor with a single air gap, although of reduced size which is favorable for its installation in a member to be driven, has the great disadvantage of not delivering a strong torque.

Le document FR-A-2 881 290 décrit une roue électrique ou moteur roue comprenant un moteur incorporé dans une roue pour son entraînement. Le moteur comprend un stator et un rotor relié à un système de transmission de couple afin de transmettre un couple à la roue.Document FR-A-2 881 290 describes an electric wheel or wheel motor comprising a motor incorporated in a wheel for its drive. The motor includes a stator and a rotor connected to a torque transmission system to transmit torque to the wheel.

Dans une forme de réalisation, le rotor présente deux rotors ou générateurs de champ délimitant chacun avec le stator un entrefer, chaque rotor comprenant des aimants à pôles magnétisés dans une direction radiale par rapport à un axe de rotation du moteur et des aimants de culasse magnétisés dont chacun est placé entre deux aimants à pôles adjacents pour renforcer le champ magnétique formé par les aimants à pôles.In one embodiment, the rotor has two rotors or field generators each delimiting with the stator an air gap, each rotor comprising magnets with poles magnetized in a radial direction relative to an axis of rotation of the motor and magnetized yoke magnets each of which is placed between two adjacent pole magnets to reinforce the magnetic field formed by the pole magnets.

La présence d’aimants de culasse diminue cependant la place allouée aux aimants à pôles dans l’encombrement nécessairement réduit du moteur.The presence of cylinder head magnets, however, reduces the space allocated to pole magnets in the necessarily reduced dimensions of the engine.

Le problème à la base de la présente invention est de concevoir un moteur électromagnétique destiné à l’entraînement d’un organe délivrant une puissance volumique augmenté tout en restant le plus compact possible par une augmentation significative des surfaces d’échanges magnétiques par rapport à un moteur selon l’état de la technique.The problem underlying the present invention is to design an electromagnetic motor intended for driving a member delivering an increased power density while remaining as compact as possible by a significant increase in the magnetic exchange surfaces compared to a motor according to the state of the art.

A cet effet la présente invention concerne un moteur électromagnétique comprenant un rotor interne et un rotor externe concentriques par rapport à un axe de rotation central, les rotors intercalant entre eux un stator avec un entrefer entre le stator et chaque rotor, chaque rotor étant muni d’un circuit magnétique de circulation de flux magnétique en vis-à-vis d’un entrefer respectif et portant des aimants, caractérisé en ce que, pour les rotors interne et externe, les aimants sont des aimants surfaciques positionnés dans ou sur le circuit magnétique associé en affleurant du circuit magnétique vers l’entrefer respectif.For this purpose the present invention relates to an electromagnetic motor comprising an internal rotor and an external rotor concentric with respect to a central axis of rotation, the rotors interposing between them a stator with an air gap between the stator and each rotor, each rotor being provided with 'a magnetic circuit for circulating magnetic flux facing a respective air gap and carrying magnets, characterized in that, for the internal and external rotors, the magnets are surface magnets positioned in or on the magnetic circuit associated flush with the magnetic circuit towards the respective air gap.

Par aimant surfacique, il est entendu des aimants dépassant au moins partiellement du circuit magnétique. Ces aimants surfaciques peuvent être solidarisés avec le circuit magnétique par tout moyen, notamment par collage sans pénétrer dans le circuit magnétique. En alternative, ces aimants surfaciques peuvent être semi-enterrés dans le circuit magnétique jusqu’à ne dépasser que légèrement du circuit magnétique, donc non complètement enterrés de tout côté par le circuit magnétique.By surface magnet is meant magnets protruding at least partially from the magnetic circuit. These surface magnets can be secured to the magnetic circuit by any means, in particular by bonding without penetrating the magnetic circuit. Alternatively, these surface magnets can be semi-buried in the magnetic circuit until they protrude only slightly from the magnetic circuit, therefore not completely buried on all sides by the magnetic circuit.

Un tel moteur permet d’atteindre un couple volumique élevé dans un encombrement réduit, par une meilleure utilisation du volume alloué d’où une meilleure puissance volumique. Le fait d’utiliser des aimants surfaciques permet d’augmenter le volume d’aimant utile nécessaire à la création de couple.Such a motor makes it possible to achieve high volume torque in a reduced footprint, through better use of the allocated volume, resulting in better power density. The fact of using surface magnets makes it possible to increase the volume of useful magnet necessary for the creation of torque.

Afin d’obtenir un couple volumique élevé, on se permet d’atteindre des densités de courant comprises entre 15 et 20 A/mm2. Un tel moteur permet aussi d’atteindre une valeur d’entrefer faible, vers 0,8 millimètres ou moins.In order to obtain a high volume torque, current densities of between 15 and 20 A/mm 2 can be achieved. Such a motor also makes it possible to achieve a low air gap value, around 0.8 millimeters or less.

Lorsqu’un moteur présente un nombre de paires de pôles élevé, son architecture présente généralement un diamètre d’alésage interne élevé, conséquence d’un diamètre d’entrefer élevé propice à la création de couple. Ce constat est valable que le moteur soit à rotor interne ou externe.When a motor has a high number of pole pairs, its architecture generally has a high internal bore diameter, a consequence of a high air gap diameter conducive to torque creation. This observation is valid whether the motor has an internal or external rotor.

Une solution pour pouvoir encore gagner en couple est d’utiliser ce volume interne en passant à une architecture à double entrefers avec un stator et deux rotors, ce que préconise la présente invention, ceci avec des rotors dotés d’aimants surfaciques.A solution to be able to further gain torque is to use this internal volume by switching to a double air gap architecture with a stator and two rotors, which is recommended by the present invention, this with rotors equipped with surface magnets.

En permettant d’augmenter la surface d’échange électromagnétique en positionnant, par exemple, à la fois un rotor interne autour d’un axe interne et un rotor externe sur la périphérie, on a l’équivalent de « deux moteurs en un ». Cela permet de pouvoir augmenter le couple du moteur dans l’encombrement donné.By making it possible to increase the electromagnetic exchange surface by positioning, for example, both an internal rotor around an internal axis and an external rotor on the periphery, we have the equivalent of “two motors in one”. This makes it possible to increase the torque of the motor within the given dimensions.

Les aimants surfaciques délivrent un champ magnétique plus fort que des aimants enterrés.Surface magnets deliver a stronger magnetic field than buried magnets.

Avantageusement, les aimants sont segmentés ou pixelisés.Advantageously, the magnets are segmented or pixelated.

Par segmenté, il est entendu que les aimants sont découpés en bandes ou barrettes relativement longues comparées à des surfaces géométriques plus petites obtenues par pixelisation, par exemple des cubes, des cylindres ou des formes polygonales. Des aimants unitaires pixelisés sont donc sous la forme de plots de faible section comparés à des aimants segmentés.By segmented, it is understood that the magnets are cut into relatively long strips or bars compared to smaller geometric surfaces obtained by pixelation, for example cubes, cylinders or polygonal shapes. Pixelated unit magnets are therefore in the form of small section pads compared to segmented magnets.

Avantageusement, les aimants unitaires sont sous la forme de barrettes parallélépipédiques ou de plots à section circulaire, cylindrique ou polygonale.Advantageously, the unit magnets are in the form of parallelepiped bars or pads with circular, cylindrical or polygonal section.

Un aimant de dimensions importantes est sujet à des pertes par courants de Foucault plus importantes que son équivalent en petits ou micro-aimants. L’utilisation de petits aimants ou de micro-aimants permet donc de réduire ces pertes qui sont préjudiciables au fonctionnement du rotor.A large magnet is subject to greater eddy current losses than its equivalent in small or micromagnets. The use of small magnets or micromagnets therefore makes it possible to reduce these losses which are detrimental to the operation of the rotor.

De ce fait, dans chaque rotor, les pertes par courant de Foucault dans les aimants ont été considérablement réduites en proposant des rotors sans fer ou en proposant des pôles d’aimant constitués d’une pluralité d’aimants unitaires de petite taille.As a result, in each rotor, the eddy current losses in the magnets have been considerably reduced by offering rotors without iron or by offering magnet poles made up of a plurality of small unit magnets.

Avantageusement, un nombre de pôles d’aimant sur le rotor interne est égal à un nombre de pôles d’aimants sur le rotor externe.Advantageously, a number of magnet poles on the internal rotor is equal to a number of magnet poles on the external rotor.

Cela représente une simplification de l’architecture du moteur, afin de rechercher la maximisation du couple volumique mais aussi du couple massique en simplifiant notamment grandement l’architecture du bobinage du stator et par extension la compacité du stator.This represents a simplification of the architecture of the motor, in order to seek the maximization of the volume torque but also of the mass torque by greatly simplifying in particular the architecture of the stator winding and by extension the compactness of the stator.

Cela peut aussi permettre de faire fonctionner les deux rotors ensemble de manière dépendante l’un de l’autre, ce qui a pour avantage à couple donné de réduire la différence de diamètre entre le diamètre externe et interne.This can also make it possible to operate the two rotors together in a manner dependent on each other, which has the advantage, at a given torque, of reducing the difference in diameter between the external and internal diameter.

Avantageusement, chaque aimant surfacique porté par le rotor interne est directement en vis-à-vis d’un aimant surfacique de même polarité porté par le rotor externe. Ceci permet un fonctionnement synchrone du moteur et permet de maximiser le flux magnétique.Advantageously, each surface magnet carried by the internal rotor is directly opposite a surface magnet of the same polarity carried by the external rotor. This allows synchronous operation of the motor and maximizes the magnetic flux.

Avantageusement, chaque aimant surfacique porté par le rotor interne est décalé en degré électrique de 1 à 30° par rapport à un aimant surfacique de même polarité porté par le rotor externe.Advantageously, each surface magnet carried by the internal rotor is offset in electrical degree from 1 to 30° relative to a surface magnet of the same polarity carried by the external rotor.

Dans le cas de la présence d’un couple dit réluctant, par exemple pour des aimants surfaciques du type semi-enterrés dans le circuit magnétique tout en affleurant du circuit magnétique vers l’entrefer, un léger décalage entre les rotors peut permettre de maximiser le couple.In the case of the presence of a so-called reluctant couple, for example for surface magnets of the type semi-buried in the magnetic circuit while flush with the magnetic circuit towards the air gap, a slight offset between the rotors can make it possible to maximize the couple.

Avantageusement, le stator comporte un noyau d’armature portant des dents présentant des collerettes à chacune de leurs extrémités longitudinales orientées vers un rotor respectif, deux dents adjacentes laissant entre elles une encoche pour un bobinage, l’encoche étant rétrécie par les collerettes des deux dents adjacentes à chacune de leurs extrémités longitudinales.Advantageously, the stator comprises an armature core carrying teeth having flanges at each of their longitudinal ends oriented towards a respective rotor, two adjacent teeth leaving between them a notch for a winding, the notch being narrowed by the flanges of the two teeth adjacent to each of their longitudinal ends.

Avantageusement, le moteur comprend au moins une frette recouvrant circonférentiellement les aimants du rotor interne.Advantageously, the motor comprises at least one hoop circumferentially covering the magnets of the internal rotor.

Avantageusement, des masses des aimants des rotors interne et externe sont respectivement sélectionnées l’une par rapport à l’autre afin que les rotors interne et externe atteignent un niveau d’induction équivalent.Advantageously, masses of the magnets of the internal and external rotors are respectively selected with respect to each other so that the internal and external rotors reach an equivalent induction level.

Un niveau d’induction équivalent est une condition nécessaire au bon dimensionnement du circuit magnétique d’un moteur de manière générale.An equivalent induction level is a necessary condition for the correct sizing of the magnetic circuit of a motor in general.

Avantageusement, le moteur est à flux radial, les rotors externe et interne étant respectivement sous forme d’une couronne perpendiculaire à l’axe de rotation, chaque couronne étant prolongée par une portion cylindrique reliée au bord externe de la couronne et s'étendant à distance le long de l’axe de rotation.Advantageously, the motor has radial flow, the external and internal rotors being respectively in the form of a crown perpendicular to the axis of rotation, each crown being extended by a cylindrical portion connected to the external edge of the crown and extending to distance along the axis of rotation.

Avantageusement, les rotors sont liés mécaniquement l'un par rapport à l'autre par une pièce de liaison par rapport au plan orthogonal à l'axe de rotation.Advantageously, the rotors are mechanically linked to each other by a connecting part relative to the plane orthogonal to the axis of rotation.

D’un point de vue théorique, une liaison mécanique par pièce de liaison n’est pas nécessaire mais en pratique cela simplifie grandement la stabilité du moteur en rendant impossible le décrochage d’un rotor.From a theoretical point of view, a mechanical connection by connecting piece is not necessary but in practice this greatly simplifies the stability of the motor by making it impossible for a rotor to unhook.

L’invention concerne aussi un organe entraîné par un tel moteur, l’organe étant disposé extérieurement au moteur en l’enveloppant au moins partiellement ou en étant adossé au moteur.The invention also relates to a member driven by such a motor, the member being arranged externally to the motor by enveloping it at least partially or by being attached to the motor.

Avantageusement, l’organe est une roue entraînée en rotation par ledit moteur, la roue logeant le moteur en son intérieur.Advantageously, the member is a wheel driven in rotation by said motor, the wheel housing the motor inside it.

L’invention concerne enfin un moyen de transport comprenant au moins un tel organe sous la forme d’une roue entrainée en rotation par ledit moteur, le moyen de transport présentant un moyen de suspension de la roue en laissant la roue libre en rotation.The invention finally relates to a means of transport comprising at least one such member in the form of a wheel driven in rotation by said motor, the means of transport having a means of suspending the wheel while leaving the wheel free to rotate.

Les dessins annexés illustrent l’invention :The accompanying drawings illustrate the invention:

représente une vue en coupe radiale d’une portion d’un moteur électromagnétique avec un stator intercalé entre deux rotors portant des aimants surfaciques selon une forme de réalisation de la présente invention, represents a radial sectional view of a portion of an electromagnetic motor with a stator inserted between two rotors carrying surface magnets according to one embodiment of the present invention,

représente une vue en perspective des rotors interne et externe portant des aimants surfaciques selon une forme de réalisation de la présente invention, represents a perspective view of the internal and external rotors carrying surface magnets according to one embodiment of the present invention,

représente une courbe de couple magnétique total délivré par un moteur électromagnétique selon la présente invention, represents a total magnetic torque curve delivered by an electromagnetic motor according to the present invention,

représente un aimant surfacique segmenté en plusieurs barrettes longitudinales formant chacune un aimant unitaire, de tels aimants surfaciques pouvant être portés par chaque rotor d’un moteur électromagnétique selon la présente invention, represents a surface magnet segmented into several longitudinal bars each forming a unit magnet, such surface magnets being able to be carried by each rotor of an electromagnetic motor according to the present invention,

représente un aimant surfacique segmenté en plusieurs barrettes latérales formant chacune un aimant unitaire, de tels aimants surfaciques pouvant être portés par chaque rotor d’un moteur électromagnétique selon la présente invention, represents a surface magnet segmented into several lateral bars each forming a unit magnet, such surface magnets being able to be carried by each rotor of an electromagnetic motor according to the present invention,

représente un aimant surfacique pixelisé en plusieurs petits aimants unitaires sous forme de plots de section carrée, de tels aimants surfaciques pouvant être portés par chaque rotor d’un moteur électromagnétique selon la présente invention, represents a surface magnet pixelated into several small unit magnets in the form of pads of square section, such surface magnets being able to be carried by each rotor of an electromagnetic motor according to the present invention,

représente un aimant surfacique pixelisé en plusieurs petits aimants unitaires sous forme de plots de section hexagonale, de tels aimants surfaciques pouvant être portés par chaque rotor d’un moteur électromagnétique selon la présente invention, represents a surface magnet pixelated into several small unit magnets in the form of pads of hexagonal section, such surface magnets being able to be carried by each rotor of an electromagnetic motor according to the present invention,

représente une vue en coupe d’une jante de roue comprenant un moteur électromagnétique selon la présente invention, represents a sectional view of a wheel rim comprising an electromagnetic motor according to the present invention,

représente une vue de dessous d’un moyen de transport comportant quatre roues, chacune des roues étant dotée d’un moteur électromagnétique selon la présente invention. represents a bottom view of a means of transport comprising four wheels, each of the wheels being equipped with an electromagnetic motor according to the present invention.

Dans ce qui va suivre, il est fait référence à toutes les figures prises en combinaison. Quand il est fait référence à une figure spécifique, cette figure est à prendre en combinaison avec les autres figures pour la reconnaissance des références numériques désignées.In what follows, reference is made to all the figures taken in combination. When reference is made to a specific figure, this figure must be taken in combination with the other figures for the recognition of the designated numerical references.

Aux figures, quand présents, seul un aimant ou pôle d’aimant et seul un petit aimant unitaire faisant partie d’un aimant formant pôle d’aimant sont référencés mais ce qui est énoncé respectivement pour l’aimant formant pôle et l’aimant unitaire est valide respectivement pour tous les aimants formant pôle et tous les aimants unitaires.In the figures, when present, only a magnet or magnet pole and only a small unit magnet forming part of a magnet forming a magnet pole are referenced but what is stated respectively for the pole magnet and the unit magnet is valid for all pole magnets and all unit magnets respectively.

Il en va de même à la pour les éléments du stator qui ne sont référencés que pour un seul élément du même type.The same goes for the for stator elements that are only referenced for a single element of the same type.

En se référant à toutes les figures et notamment dans un premier lieu aux figures 1, 2 et 8, l’invention concerne un moteur 1 d’entraînement qui est destiné à être associé à un organe 15 à entraîner en étant logé au moins partiellement dans l’organe 15 ou en se trouvant adossé à l’organe 15.Referring to all the figures and in particular in a first place to Figures 1, 2 and 8, the invention relates to a drive motor 1 which is intended to be associated with a member 15 to be driven by being housed at least partially in organ 15 or while leaning against organ 15.

Le moteur 1 comprend un rotor interne 2 et un rotor externe 2a concentriques par rapport à un axe de rotation 3 central, les rotors 2, 2a intercalant entre eux un stator 10 avec un entrefer 14, 14a entre le stator 10 et chaque rotor 2, 2a. Chaque rotor 2, 2a est muni d’un circuit magnétique 8 de circulation de flux magnétique en vis-à-vis d’un entrefer 14, 14a respectif et portant des aimants 6.The motor 1 comprises an internal rotor 2 and an external rotor 2a concentric with respect to a central axis of rotation 3, the rotors 2, 2a interposing between them a stator 10 with an air gap 14, 14a between the stator 10 and each rotor 2, 2a. Each rotor 2, 2a is provided with a magnetic circuit 8 for circulating magnetic flux facing a respective air gap 14, 14a and carrying magnets 6.

Selon l’invention, pour les rotors 2, 2a interne et externe, les aimants 6 sont des aimants surfaciques positionnés dans ou sur le circuit magnétique 8 associé en affleurant du circuit magnétique 8 vers l’entrefer 14, 14a respectif.According to the invention, for the internal and external rotors 2, 2a, the magnets 6 are surface magnets positioned in or on the associated magnetic circuit 8 flush with the magnetic circuit 8 towards the respective air gap 14, 14a.

Pour un premier type d’aimant surfacique 6, l’aimant 6 est positionné sur le circuit magnétique 8 du rotor associé sans présence d’un logement pour le recevoir, donc collé sur le circuit magnétique 8.For a first type of surface magnet 6, the magnet 6 is positioned on the magnetic circuit 8 of the associated rotor without the presence of a housing to receive it, therefore stuck on the magnetic circuit 8.

Un second type d’aimant surfacique regroupe des aimants 6 insérés partiellement dans un logement mais en débordant au moins légèrement de leur logement, ces aimants étant qualifiés d’aimants semi-enterrés.A second type of surface magnet brings together magnets 6 partially inserted in a housing but extending at least slightly from their housing, these magnets being qualified as semi-buried magnets.

Ces aimants 6 semi-enterrés ou encastrés présentent l’intérêt d’ajouter un couple réluctant qui peut être utilisé afin de limiter le volume d’aimant ou l’intensité du courant à couple donné. Les gains théoriques sont cependant à relativiser à cause des potentielles fuites entre les aimants alors plus importantes.These 6 semi-buried or recessed magnets have the advantage of adding a reluctant torque which can be used to limit the magnet volume or the intensity of the current at a given torque. The theoretical gains must however be put into perspective because of the potential leaks between the magnets which are then greater.

Les avantages d’un aimant surfacique 6 du premier ou du deuxième type sont une utilisation optimale de l’aimant 6 pour la création de couple aux rotors 2, 2a interne et externe et une limitation du flux de fuite inter-aimants.The advantages of a surface magnet 6 of the first or second type are optimal use of the magnet 6 for the creation of torque at the internal and external rotors 2, 2a and a limitation of the inter-magnet leakage flux.

Comme il est visible notamment aux figures 1 et 2, dans une forme de réalisation optionnelle de la présente invention, les aimants 6 de même polarité peuvent être positionnés face à face.As can be seen in particular in Figures 1 and 2, in an optional embodiment of the present invention, the magnets 6 of the same polarity can be positioned face to face.

Un nombre de pôles d’aimant 6 sur le rotor interne 2 peut être égal à un nombre de pôles d’aimants 6 sur le rotor externe 2a. Dans cette configuration, les lignes de champs traversent donc les deux rotors 2, 2a.A number of magnet poles 6 on the inner rotor 2 may be equal to a number of magnet poles 6 on the outer rotor 2a. In this configuration, the field lines therefore cross the two rotors 2, 2a.

L’avantage de cette solution est d’éviter l’ajout d’un bouclage des lignes de champs dans des encoches 12 du stator 10 contenant le bobinage, ce qui diminuerait l’espace disponible pour les enroulements de bobinage. Cependant, dans ce cas, les rotors 2, 2a interne et externe du moteur 1 fonctionnent de manière dépendante l’un de l’autre, ce qui diminue les degrés de liberté lors de la conception.The advantage of this solution is to avoid the addition of looping of the field lines in notches 12 of the stator 10 containing the winding, which would reduce the space available for the windings. However, in this case, the internal and external rotors 2, 2a of the motor 1 operate in a dependent manner on one another, which reduces the degrees of freedom during the design.

Dans une autre forme de réalisation optionnelle, l’ajout d’un angle entre les deux rotors 2, 2a peut présenter un intérêt de diminution de l’ondulation de couple ou d’utilisation d’un couple résultant.In another optional embodiment, the addition of an angle between the two rotors 2, 2a may be of interest in reducing the torque ripple or in using a resulting torque.

Ainsi, chaque aimant surfacique 6 porté par le rotor interne 2 peut être décalé en degré électrique de 1 à 30° par rapport à un aimant surfacique 6 de même polarité porté par le rotor externe 2a.Thus, each surface magnet 6 carried by the internal rotor 2 can be offset in electrical degree from 1 to 30° relative to a surface magnet 6 of the same polarity carried by the external rotor 2a.

De même, une dissymétrie architecturale entre les deux rotors 2, 2a peut être avantageuse.Likewise, an architectural asymmetry between the two rotors 2, 2a can be advantageous.

Des masses des aimants 6 des rotors 2, 2a interne et externe peuvent être respectivement sélectionnées l’une par rapport à l’autre afin que les rotors 2, 2a interne et externe atteignent un niveau d’induction équivalent.Masses of the magnets 6 of the internal and external rotors 2, 2a can be respectively selected relative to each other so that the internal and external rotors 2, 2a reach an equivalent induction level.

En ce qui concerne le stator 10, le stator 10 peut être dénué de culasse et être constitué de dents 11 pouvant présenter des collerettes 13, aussi dénommées isthmes, à chacune des extrémités longitudinales des dents 11. Les dents 11 peuvent être portées par un noyau d’armature, une encoche 12 étant intercalée entre deux dents 11 adjacentes pour recevoir un bobinage.With regard to the stator 10, the stator 10 may have no yoke and be made up of teeth 11 which may have flanges 13, also called isthmus, at each of the longitudinal ends of the teeth 11. The teeth 11 may be carried by a core armature, a notch 12 being inserted between two adjacent teeth 11 to receive a winding.

Le bouclage du flux a alors lieu dans un circuit magnétique 8 présent dans chacun des rotors 2, 2a. Afin de ne pas pénaliser la création de couple entre les deux rotors 2, 2a, la profondeur d’encoche 12 peut être sensiblement augmentée par rapport à une structure à simple entrefer, afin d’augmenter le nombre de spires.The looping of the flow then takes place in a magnetic circuit 8 present in each of the rotors 2, 2a. In order not to penalize the creation of torque between the two rotors 2, 2a, the depth of notch 12 can be significantly increased compared to a single air gap structure, in order to increase the number of turns.

Chaque encoche 12 laissée entre deux dents 11 adjacentes peut être rétrécie latéralement par les collerettes 13 des deux dents 11 adjacentes à chacune de leurs extrémités longitudinales.Each notch 12 left between two adjacent teeth 11 can be narrowed laterally by the flanges 13 of the two teeth 11 adjacent to each of their longitudinal ends.

Sans que cela soit limitatif, à titre purement illustratif, le moteur 1 peut posséder 28 paires de pôles et 84 encoches.Without this being limiting, for purely illustrative purposes, motor 1 can have 28 pairs of poles and 84 notches.

On peut estimer que le rotor externe 2a participe à la création du couple total dans une proportion d’environ deux tiers quand le rotor interne 2 ne participe qu’à un tiers.It can be estimated that the external rotor 2a participates in the creation of the total torque in a proportion of approximately two thirds when the internal rotor 2 only participates in one third.

La différence de rayon entre les deux rotors 2, 2a présente un impact direct sur le couple mais aussi sur la quantité d’aimants si l’on veut garder une épaisseur similaire. Du point de vue magnétique, on atteint dans une dent 11 des inductions de l’ordre de 2,1 Tesla, ce qui est à la limite. Un niveau d’induction proche entre les rotors 2, 2a interne et externe peut être souhaité pour avoir une densité de puissance optimale.The difference in radius between the two rotors 2, 2a has a direct impact on the torque but also on the quantity of magnets if we want to keep a similar thickness. From a magnetic point of view, inductions of the order of 2.1 Tesla are achieved in a tooth 11, which is at the limit. A close induction level between the internal and external rotors 2, 2a may be desired to have optimal power density.

La présente le couple électromagnétique total référencé C mag t et mesuré en Newton. mètre ou N/m en fonction du temps. A cette figure, il peut être observé une ondulation de couple élevée de l’ordre de 25%.There presents the total electromagnetic torque referenced C mag t and measured in Newton. meter or N/m as a function of time. In this figure, a high torque ripple of around 25% can be observed.

La densité de courant peut atteindre 18 A/mm2. S’il est possible d’atteindre cette densité de courant lors de pics avec un refroidissement à eau, un fonctionnement continu peut exiger la mise en place d’un refroidissement à huile. La justification du refroidissement dépendra aussi de la constante de temps thermique du moteur 1 et de l’élévation de température réelle dans les enroulements des bobinages pendant la durée de fonctionnement.The current density can reach 18 A/mm 2 . While it is possible to achieve this peak current density with water cooling, continuous operation may require the implementation of oil cooling. The rationale for cooling will also depend on the thermal time constant of motor 1 and the actual temperature rise in the windings during operation.

Un tel moteur 1 peut présenter une masse des parties actives estimée à presque 70 kg, ce qui implique une puissance massique relativement faible malgré le couple élevé.Such a motor 1 can have a mass of the active parts estimated at almost 70 kg, which implies a relatively low specific power despite the high torque.

L’architecture à double rotor du moteur 1 selon la présente invention a permis avec l’aide d’une augmentation de la densité de courant d’accroître la valeur du couple.The double rotor architecture of the motor 1 according to the present invention made it possible, with the help of an increase in current density, to increase the torque value.

En se référant notamment aux figures 4 à 6, les aimants 6 peuvent être segmentés ou pixelisés.Referring in particular to Figures 4 to 6, the magnets 6 can be segmented or pixelated.

En effet, il s’est avéré que, pour un moteur 1 selon la présente invention avec les caractéristiques précédemment mentionnées recherchant un couple volumique et/ou un couple massique le plus élevé possible pour des vitesses de rotation de l’ordre de 1.500 rotations par minute, les pertes pouvaient rester élevées.Indeed, it turned out that, for a motor 1 according to the present invention with the previously mentioned characteristics seeking the highest possible volume torque and/or mass torque for rotational speeds of the order of 1,500 rotations per minute, losses could remain high.

De plus, la forte compacité des moteurs 1 fait que l’extraction des pertes représentent un véritable défi, au-delà des considérations de performance. Parmi tous les postes de pertes, les plus difficiles à évacuer sont celles présentes à chaque rotor 2, 2a, liées au mouvement rotatif de celui-ci.In addition, the high compactness of motors 1 means that extracting losses represents a real challenge, beyond performance considerations. Among all the losses, the most difficult to evacuate are those present at each rotor 2, 2a, linked to the rotary movement thereof.

Il est ainsi recherché optionnellement de réduire un des postes de pertes principaux dans le moteur 1 lié aux aimants 6.It is thus optionally sought to reduce one of the main loss positions in motor 1 linked to magnets 6.

Du fait, de la conductivité électrique non-nulle des matériaux ferromagnétiques constituant les aimants 6, ceux-ci sont sujets à la présence de courants de Foucault sources de pertes d’autant plus importantes que le champ les traversant est important.Due to the non-zero electrical conductivity of the ferromagnetic materials constituting the magnets 6, they are subject to the presence of eddy currents, sources of losses that are all the greater as the field passing through them is important.

Pour réduire la présence de ces courants de circulation, il a été fixé comme objectif de réduire la conductivité moyenne du milieu sans impacter trop fortement les propriétés magnétiques du matériau.To reduce the presence of these circulating currents, the objective was set to reduce the average conductivity of the medium without having too strong an impact on the magnetic properties of the material.

Une première solution revient à segmenter les aimants 6 en de multiples barrettes 7. Ces barrettes 7 sont espacées les unes des autres par la présence d’un matériau électriquement isolant, par exemple un vernis non conducteur. Ce procédé permet de drastiquement réduire la formation de courants de circulation sans trop détériorer les performances magnétiques.A first solution amounts to segmenting the magnets 6 into multiple strips 7. These strips 7 are spaced from each other by the presence of an electrically insulating material, for example a non-conductive varnish. This process makes it possible to drastically reduce the formation of circulating currents without significantly deteriorating magnetic performance.

Des barrettes 7 s’étendant longitudinalement dans l’aimant 6 en formant des aimants unitaires 7 sont montrées à la tandis que la montre des barrettes 7 s’étendant dans le sens latéral de l’aimant. Ces barrettes 7 peuvent être avantageusement de forme parallélépipédique.Bars 7 extending longitudinally in the magnet 6 forming unit magnets 7 are shown in the while the shows bars 7 extending in the lateral direction of the magnet. These bars 7 can advantageously be of parallelepiped shape.

Aux figures 4 et 5, il est visible qu’un gros aimant destiné à devenir un aimant surfacique 6 peut être découpé en plus de cinq aimants unitaires 7 pour des barrettes longitudinales et en plus de vingt aimants unitaires 7 pour des barrettes latérales.In Figures 4 and 5, it is visible that a large magnet intended to become a surface magnet 6 can be cut into more than five unit magnets 7 for longitudinal bars and more than twenty unit magnets 7 for lateral bars.

Dans le cas où cette solution n’est pas suffisante, il est possible d’aller plus loin avec la pixelisation. Selon cette technique, les aimants 6 vont être segmentés dans deux directions en suivant des règles similaires à celui du pavage du plan régulier dans le plan orthogonal à la direction du flux ou à la direction de polarisation des aimants 6.If this solution is not sufficient, it is possible to go further with pixelization. According to this technique, the magnets 6 will be segmented in two directions following rules similar to that of the tiling of the regular plane in the plane orthogonal to the direction of the flow or to the direction of polarization of the magnets 6.

Les motifs classiques utilisés pour la pixelisation peuvent être à base carrée, rectangulaire, cylindrique ou polygonale, notamment hexagonale. Les aimants unitaires 7 dans cette configuration peuvent être sous forme de plots.The classic patterns used for pixelization can be square, rectangular, cylindrical or polygonal, in particular hexagonal. The unit magnets 7 in this configuration can be in the form of pads.

Ainsi, un gros aimant destiné à devenir un aimant surfacique 6 peut être découpé en une multitude d’aimants unitaires 7 beaucoup plus petits que des barrettes. Aux figures 6 et 7, il est montré plus de cinquante aimants unitaires 7 faisant partie d’un même aimant surfacique 6.Thus, a large magnet intended to become a surface magnet 6 can be cut into a multitude of unit magnets 7 much smaller than bars. In Figures 6 and 7, more than fifty unit magnets 7 are shown forming part of the same surface magnet 6.

Les aimants 6 surfaciques peuvent être découpés par Laser. Une couche de vernis isolant et adhésif ou une résine composite isolante peut être insérée entre les aimants unitaires 7.The 6 surface magnets can be cut by Laser. A layer of insulating and adhesive varnish or an insulating composite resin can be inserted between the unit magnets 7.

Cependant pour maintenir les aimants unitaires 7 les uns par rapport aux autres avant collage, il peut être avantageux de laisser dans l’aimant surfacique 6 découpé un talon qui réunit tous les aimants unitaires 7 ensemble. Un tel talon peut présenter une forme de zig-zag c’est-à-dire être non plan en s’étendant sur plusieurs plans successifs, ce qui s’est avéré diminuer les courants de Foucault créés par un talon similaire mais plan.However, to maintain the unit magnets 7 in relation to each other before bonding, it may be advantageous to leave in the cut surface magnet 6 a heel which joins all the unit magnets 7 together. Such a heel can have a zig-zag shape, that is to say be non-planar by extending over several successive planes, which has proven to reduce the eddy currents created by a similar but flat heel.

Notamment dans le cas d’aimants surfaciques 6 segmentés ou pixelisés, comme les rotors 2, 2a interne et externe peuvent tourner à grande vitesse et être soumis à une force centrifuge élevée, le moteur 1 peut comprendre au moins une frette recouvrant circonférentiellement les aimants 6 du rotor interne 2. Pour le rotor externe 2a, c’est le carter du moteur 1 qui peut servir de frette mais il est possible également de prévoir une frette pour le rotor externe 2a.Particularly in the case of segmented or pixelated surface magnets 6, as the internal and external rotors 2, 2a can rotate at high speed and be subjected to a high centrifugal force, the motor 1 can comprise at least one hoop circumferentially covering the magnets 6 of the internal rotor 2. For the external rotor 2a, it is the casing of the motor 1 which can serve as a hoop but it is also possible to provide a hoop for the external rotor 2a.

Comme montré à la , le moteur 1 électromagnétique selon la présente invention peut être à flux radial. Cependant la présente invention n’est pas limitée à un moteur à flux radial.As shown in , the electromagnetic motor 1 according to the present invention can be radial flux. However, the present invention is not limited to a radial flux motor.

Dans ce cas, les rotors 2, 2a externe et interne peuvent être respectivement sous forme d’une couronne 9 perpendiculaire à l’axe de rotation 3, chaque couronne 9 étant prolongée par une portion cylindrique 9a reliée au bord externe de la couronne 9 et s'étendant à distance le long de l’axe de rotation 3. Les références concernent la couronne 9 et la portion cylindrique 9a du rotor externe 2a mais le rotor interne 2 présente la même configuration.In this case, the external and internal rotors 2, 2a can respectively be in the form of a crown 9 perpendicular to the axis of rotation 3, each crown 9 being extended by a cylindrical portion 9a connected to the external edge of the crown 9 and extending at a distance along the axis of rotation 3. The references concern the crown 9 and the cylindrical portion 9a of the external rotor 2a but the internal rotor 2 has the same configuration.

Les rotors 2, 2a peuvent être liés mécaniquement l'un par rapport à l'autre par une pièce de liaison. Cette pièce peut être désaxée par rapport au plan orthogonal à l'axe de rotation 3.The rotors 2, 2a can be mechanically linked to each other by a connecting part. This part can be offset from the plane orthogonal to the axis of rotation 3.

Comme montré à la , l’invention concerne aussi un organe 15 entraîné par un moteur 1 électromagnétique tel que précédemment décrit. Une pièce de liaison assure une transmission de couple entre le moteur 1 électromagnétique et l’organe 15 entraîné. L’organe 15 entraîné est à cette une jante 15 de roue.As shown in , the invention also relates to a member 15 driven by an electromagnetic motor 1 as previously described. A connecting part ensures torque transmission between the electromagnetic motor 1 and the driven member 15. The driven organ 15 is at this a wheel rim 15.

L’organe 15 peut être disposé extérieurement au moteur 1 en l’enveloppant au moins partiellement, ce qui est le cas pour un moteur roue pour lequel le moteur 1 est entièrement ou majoritairement intégré dans la roue. En alternative, l’organe 15 peut être adossé au moteur 1 électromagnétique en étant solidarisé à un des côtés du moteur 1.The member 15 can be arranged externally to the motor 1 by enveloping it at least partially, which is the case for a wheel motor for which the motor 1 is entirely or mainly integrated into the wheel. Alternatively, the member 15 can be attached to the electromagnetic motor 1 by being secured to one of the sides of the motor 1.

Dans le cas non limitatif d’un moteur roue, appellation commune d’une roue comprenant en son intérieur un moteur 1 électromagnétique pour son entraînement, le moteur roue peut faire partie d’un moyen de transport 17 en étant associé avec un ou d’autres moteurs roue, le moyen de transport 17 présentant un moyen de suspension du moteur roue en le laissant libre en rotation.In the non-limiting case of a wheel motor, a common name for a wheel comprising within its interior an electromagnetic motor 1 for its drive, the wheel motor can form part of a means of transport 17 by being associated with one or more other wheel motors, the means of transport 17 having a means of suspending the wheel motor while leaving it free to rotate.

Comme montré à la , le moyen de transport 17 peut comprendre une batterie 21, avantageusement haute tension, alimentant le ou les moteurs roue, le moteur roue pouvant aussi servir de générateur pour une recharge de la batterie 21. Ceci est valable pour un moteur 1 électromagnétique selon la présente invention qui peut servir aussi de générateur.As shown in , the means of transport 17 may comprise a battery 21, advantageously high voltage, powering the wheel motor(s), the wheel motor also being able to serve as a generator for recharging the battery 21. This is valid for an electromagnetic motor 1 according to the present invention which can also be used as a generator.

Le ou les moteurs 1 électromagnétiques présents dans la ou les roues 16 peuvent être contrôlés par une unité électronique 18 de contrôle du moyen de transport.The electromagnetic motor(s) 1 present in the wheel(s) 16 can be controlled by an electronic unit 18 for controlling the means of transport.

Claims (14)

Moteur (1) électromagnétique comprenant un rotor interne (2) et un rotor externe (2a) concentriques par rapport à un axe de rotation (3) central, les rotors (2, 2a) intercalant entre eux un stator (10) avec un entrefer (14, 14a) entre le stator (10) et chaque rotor (2, 2a), chaque rotor (2, 2a) étant muni d’un circuit magnétique (8) de circulation de flux magnétique en vis-à-vis d’un entrefer (14, 14a) respectif et portant des aimants (6), caractérisé en ce que, pour les rotors (2, 2a) interne et externe, les aimants (6) sont des aimants surfaciques (6) positionnés dans ou sur le circuit magnétique (8) associé en affleurant du circuit magnétique (8) vers l’entrefer (14, 14a) respectif.Electromagnetic motor (1) comprising an internal rotor (2) and an external rotor (2a) concentric with respect to a central axis of rotation (3), the rotors (2, 2a) interposing between them a stator (10) with an air gap (14, 14a) between the stator (10) and each rotor (2, 2a), each rotor (2, 2a) being provided with a magnetic circuit (8) for circulating magnetic flux facing a respective air gap (14, 14a) carrying magnets (6), characterized in that, for the internal and external rotors (2, 2a), the magnets (6) are surface magnets (6) positioned in or on the magnetic circuit (8) associated flush with the magnetic circuit (8) towards the respective air gap (14, 14a). Moteur (1) selon la revendication précédente, dans lequel les aimants (6) sont segmentés ou pixelisés.Motor (1) according to the preceding claim, in which the magnets (6) are segmented or pixelated. Moteur (1) selon la revendication précédente, dans lequel les aimants unitaires (7) sont sous la forme de barrettes (7) parallélépipédiques ou de plots à section circulaire, cylindrique ou polygonale.Motor (1) according to the preceding claim, in which the unit magnets (7) are in the form of parallelepiped bars (7) or studs with circular, cylindrical or polygonal section. Moteur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un nombre de pôles d’aimant (6) sur le rotor interne (2) est égal à un nombre de pôles d’aimants (6) sur le rotor externe (2a).Motor (1) according to any one of the preceding claims, wherein a number of magnet poles (6) on the inner rotor (2) is equal to a number of magnet poles (6) on the outer rotor ( 2a). Moteur (1) selon la revendication 4, dans lequel chaque aimant surfacique (6) porté par le rotor interne (2) est directement en vis-à-vis d’un aimant surfacique (6) de même polarité porté par le rotor externe (2a).Motor (1) according to claim 4, in which each surface magnet (6) carried by the internal rotor (2) is directly opposite a surface magnet (6) of the same polarity carried by the external rotor ( 2a). Moteur (1) selon la revendication 4, dans lequel chaque aimant surfacique (6) porté par le rotor interne (2) est décalé en degré électrique de 1 à 30° par rapport à un aimant (6) surfacique de même polarité porté par le rotor externe (2a).Motor (1) according to claim 4, in which each surface magnet (6) carried by the internal rotor (2) is offset in electrical degree from 1 to 30° relative to a surface magnet (6) of the same polarity carried by the external rotor (2a). Moteur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le stator (10) comporte un noyau d’armature portant des dents (11) présentant des collerettes (13) à chacune de leurs extrémités longitudinales orientées vers un rotor (2, 2a) respectif, deux dents (11) adjacentes laissant entre elles une encoche (12) pour un bobinage, l’encoche (12) étant rétrécie par les collerettes (13) des deux dents (11) adjacentes à chacune de leurs extrémités longitudinales.Motor (1) according to any one of the preceding claims, in which the stator (10) comprises an armature core carrying teeth (11) having flanges (13) at each of their longitudinal ends oriented towards a rotor (2 , 2a) respectively, two adjacent teeth (11) leaving between them a notch (12) for a winding, the notch (12) being narrowed by the flanges (13) of the two teeth (11) adjacent to each of their longitudinal ends . Moteur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moteur (1) comprend au moins une frette recouvrant circonférentiellement les aimants (6) du rotor interne (2).Motor (1) according to any one of the preceding claims, in which the motor (1) comprises at least one hoop circumferentially covering the magnets (6) of the internal rotor (2). Moteur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel des masses des aimants (6) des rotors (2, 2a) interne et externe sont respectivement sélectionnées l’une par rapport à l’autre afin que les rotors (2, 2a) interne et externe atteignent un niveau d’induction équivalent.Motor (1) according to any one of the preceding claims, in which masses of the magnets (6) of the internal and external rotors (2, 2a) are respectively selected with respect to each other so that the rotors (2 , 2a) internal and external reach an equivalent level of induction. Moteur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moteur (1) est à flux radial, les rotors (2, 2a) externe et interne étant respectivement sous forme d’une couronne (9) perpendiculaire à l’axe de rotation (3), chaque couronne (9) étant prolongée par une portion cylindrique (9a) reliée au bord externe de la couronne (9) et s'étendant à distance le long de l’axe de rotation (3).Motor (1) according to any one of the preceding claims, in which the motor (1) is radial flux, the external and internal rotors (2, 2a) being respectively in the form of a crown (9) perpendicular to the axis of rotation (3), each crown (9) being extended by a cylindrical portion (9a) connected to the external edge of the crown (9) and extending at a distance along the axis of rotation (3). Moteur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les rotors (2, 2a) sont liés mécaniquement l'un par rapport à l'autre par une pièce de liaison par rapport au plan orthogonal à l'axe de rotation (3).Motor (1) according to any one of the preceding claims, in which the rotors (2, 2a) are mechanically linked to each other by a connecting part relative to the plane orthogonal to the axis of rotation (3). Organe (15) caractérisé en ce qu’il est entraîné par un moteur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’organe (15) étant disposé extérieurement au moteur (1) en l’enveloppant au moins partiellement ou en étant adossé au moteur (1).Member (15) characterized in that it is driven by a motor (1) according to any one of the preceding claims, the member (15) being arranged externally to the motor (1) enveloping it at least partially or in being leaned against the engine (1). Organe (15) selon la revendication précédente, lequel est une roue (16) entraînée en rotation par ledit moteur (1), la roue (16) logeant le moteur (1) en son intérieur.Body (15) according to the preceding claim, which is a wheel (16) driven in rotation by said motor (1), the wheel (16) housing the motor (1) inside it. Moyen de transport (17), caractérisé en ce qu’il comprend au moins un organe (15) sous la forme d’une roue (16) entrainée en rotation par ledit moteur (1) selon la revendication précédente, le moyen de transport présentant un moyen de suspension de la roue (16) en laissant la roue (16) libre en rotation.Means of transport (17), characterized in that it comprises at least one member (15) in the form of a wheel (16) driven in rotation by said motor (1) according to the preceding claim, the means of transport having means for suspending the wheel (16) while leaving the wheel (16) free to rotate.
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