WO2018154218A1 - Rotor de machine électrique tournante a configuration améliorée - Google Patents

Rotor de machine électrique tournante a configuration améliorée Download PDF

Info

Publication number
WO2018154218A1
WO2018154218A1 PCT/FR2018/050355 FR2018050355W WO2018154218A1 WO 2018154218 A1 WO2018154218 A1 WO 2018154218A1 FR 2018050355 W FR2018050355 W FR 2018050355W WO 2018154218 A1 WO2018154218 A1 WO 2018154218A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotor
permanent magnet
arm
rotor according
tooth
Prior art date
Application number
PCT/FR2018/050355
Other languages
English (en)
Inventor
Benoit WALME
Johnny DUARTE
Mamy Rakotovao
Etienne DOYARD
Original Assignee
Valeo Equipements Electriques Moteur
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Equipements Electriques Moteur filed Critical Valeo Equipements Electriques Moteur
Priority to EP18707111.3A priority Critical patent/EP3580834A1/fr
Publication of WO2018154218A1 publication Critical patent/WO2018154218A1/fr

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
    • H02K1/2773—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect consisting of tangentially magnetized radial magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/28—Means for mounting or fastening rotating magnetic parts on to, or to, the rotor structures
    • H02K1/30—Means for mounting or fastening rotating magnetic parts on to, or to, the rotor structures using intermediate parts, e.g. spiders

Definitions

  • the present invention relates to a rotatable electric machine rotor with improved configuration.
  • the invention finds a particularly advantageous application in the field of rotating electrical machines, such as an alternator or an electric motor.
  • the invention can be used advantageously with a refrigerant compressor air conditioner for a motor vehicle.
  • the rotor of the electric machine comprises a body formed by a stack of sheets of sheet metal held in pack form by means of a suitable fastening system.
  • the rotor comprises poles formed for example by permanent magnets located in housings formed in the magnetic mass of the rotor. Alternatively, in a configuration called "salient" poles, the poles are formed by coils wound around rotor arms.
  • the stator comprises a body made of laminated sheets to reduce the eddy currents.
  • the body has an annular wall, called a cylinder head, and teeth coming from the inner periphery of the annular wall.
  • the stator teeth distributed on the yoke extend towards the inside of the stator towards the rotor.
  • An air gap exists between the free end of the teeth, defining the inner periphery of the stator body, and the outer periphery of the rotor.
  • the teeth define with the breech notches open towards the inside and intended to receive a winding for forming a polyphase stator for example of the three-phase type.
  • This winding may for example consist of a set of coils electrically isolated from the stator body each wrapped around a corresponding tooth. A so-called concentrated winding is thus obtained.
  • the invention aims to improve the existing configuration of such an electric machine.
  • the subject of the invention is an electric machine rotor comprising:
  • a body comprising teeth and housings between the teeth
  • each housing at least one permanent magnet positioned in each housing, the permanent magnet comprising a remanent induction, in particular whose value is expressed in Tesia,
  • the body further comprising a hub intended to be mounted on a shaft, characterized in that
  • each tooth has at least two connecting arms to the hub
  • each arm forms a portion of an edge of a housing of a corresponding permanent magnet
  • each arm comprises a covering part with a permanent magnet corresponding to a portion of the arm opposite the permanent magnet and in that this covering part comprises a radial length and an orthoradial thickness, and
  • a ratio between the radial length and the orthoradial thickness is between 1.8 Tesia divided by the value of the permanent induction of the corresponding permanent magnet and 2.16 Tesia divided by the value of the remanent induction of the magnet corresponding permanent.
  • the invention thus makes it possible to limit the leakage flux passing through the link arms of the rotor by saturating them magnetically and to avoid any risk of mechanical degradation of the rotor due to the effect of the centrifugal force.
  • the invention further reduces the weight of the machine and minimizes the noise level.
  • Orthoradial thickness means the thickness of the arm measured in a direction perpendicular to a radial plane passing through the center of the arm and equidistant from the axis of the rotor and not axially.
  • a recess is formed between the two arms of the same tooth and in that the tooth comprises a flared portion extending in the extension of each arm forming a face of the recess and in that this face forms an angle with a face of the arm forming a face of the corresponding recess of at least 150 degrees.
  • At least one tooth comprises a fixing hole adapted to receive a fixing member and in that a gap between an edge of the fixing hole and an edge of the corresponding recess is constant.
  • an outer diameter of the rotor is between 60mm and 70mm.
  • the permanent magnets are made of rare earth.
  • a thickness of each arm is between 0.4 and 0.6 mm.
  • the thickness of each arm is of the order of 0.5mm. In one embodiment, the radial length is between 0.7mm and 4.2mm.
  • said rotor comprises means for radial retention of the permanent magnets.
  • the radial retaining means consist of lips extending on either side of the teeth of said rotor.
  • said rotor comprises members for plating permanent magnets to the corresponding lips.
  • each veneer member is positioned in a corresponding housing between the hub and the corresponding permanent magnet.
  • the body is formed by a laminated sheet package.
  • the invention also relates to a rotary electrical machine characterized in that it comprises a rotor as previously defined.
  • said rotating electrical machine is configured to operate at a voltage below 350 volts.
  • Figure 1 is a cross-sectional view of a rotating electrical machine according to the present invention
  • Fig. 2 is a side view of the rotating electrical machine according to the present invention
  • Figure 3 is a top view of the stator of the rotating electrical machine according to the present invention.
  • Figure 4 is a partial sectional view of the stator of the rotating electrical machine according to the present invention.
  • FIG. 5 is a diagrammatic representation of the triangular coupling of the phases of the rotating electrical machine according to the present invention.
  • FIG. 6 is a graphical representation of the evolution of the parameters of yield and axial length of the stator body of the electric machine as a function of the number of turns for each coil;
  • Fig. 7 is a detailed view illustrating the overlap area between a magnet and rotor link arms of the rotating electrical machine according to the present invention.
  • FIG. 8 is a representation of the evolution of the leakage flux passing through the rotor arm and of the mechanical stresses applied to the rotor laminations as a function of the thickness of a linkage arm of the rotor.
  • FIG. 1 represents a rotating electrical machine 10 comprising a polyphase stator 1 1 surrounding an X-axis rotor 12 intended to be mounted on a shaft (not shown).
  • the stator January 1 is intended to be carried by a housing (not shown) configured to rotate the shaft via ball bearings and / or needle as visible for example in the EP1865200 supra.
  • This rotary electrical machine 10 may belong to a compressor used for the refrigerant compression of the air conditioner of a motor vehicle. Alternatively, the machine 10 can operate in alternator mode.
  • the rotating electrical machine 10 is advantageously configured to operate at a voltage below 350 volts.
  • stator January 1 has a Y axis to be confused with the X axis of the rotor 12 when the machine 10 is in an assembled state.
  • the stator 11 comprises a body 16 in the form of a bundle of laminated sheets having at its outer periphery an annular wall 17, called a yoke, and teeth 18 coming from the inner periphery of the yoke 17, as shown. These teeth 18 are uniformly distributed circumferentially and extend inwardly towards the rotor 12, such as a permanent magnet rotor described in more detail hereinafter.
  • the teeth 18 delimit two by two notches 21, two successive notches 21 being thus separated by a tooth 18. These teeth 18 each have at their free end two flanges 22 extending circumferentially on either side of the tooth 18. The free ends of the teeth 18 delimit, in known manner, an air gap with the outer periphery of the rotor 12 of the rotating electrical machine 10.
  • the stator January 1 further comprises a three-phase winding comprising a plurality of coils 26 to form the different poles of the stator January 1.
  • Each coil 26 is formed by a plurality of turns surrounding a corresponding tooth 18.
  • the coils 26 are made so that the same notch 21 receives two half-coils. This gives a winding 25 said type concentrated.
  • the son of the coils 26, such as copper or aluminum wires covered with an electrically insulating layer, such as for example enamel, are each wound around a tooth 18.
  • This winding operation 25 may for example be performed using a central hollow needle to allow passage of one or more son in parallel forming the coil 26. This needle moves circumferentially, axially, and radially relative to the stator January 1.
  • the winding 25 can be made in situ, that is to say directly around the teeth 18 of the stator January 1. Alternatively, the winding 25 may be performed on teeth 18 reported which are then fixed on the yoke of the stator January 1 via a suitable connection system.
  • the stator January 1 is equipped with notch insulators 29 taking for example the form of a thin membrane, made of an electrically insulating material and heat conductor. This thin membrane is folded, so that each notch insulator 29 is interposed between a coil 26 and the inner walls of the notches 21 of the stator January 1.
  • N is in this case 5 but could alternatively have a higher or lower value while remaining at least equal to two.
  • Tj corresponds to a tooth 18 of the stator 11 with j ranging from 1 to 15 for a 15-tooth stator.
  • the coils are associated alternately with the different phases of the stator 1 1.
  • the coil of the tooth T1 is associated with the phase W
  • the coil of the tooth T2 is associated with the phase V
  • the coil of the tooth T3 is associated with the phase U, and so on.
  • the coils 26 of each phase U, V, W are electrically connected in series.
  • the U1, U2, U3, U4, U5 coils of the U phase are electrically connected in series.
  • the coils V1, V2, V3, V4, V5 of phase V are electrically connected in series.
  • the W1, W2, W3, W4, W5 coils of the W phase are electrically connected in series.
  • the phases U, V, W of the machine 10 are advantageously coupled in a triangle.
  • the EU input of the phase U is connected with the output SW of the phase W.
  • the input EW of the phase W is connected with the output SV of the phase V.
  • the input EV of the phase V is connected with the SU output of phase U.
  • the product of the number of turns Ns of each coil 26, the axial length L1 of the stator body 16 expressed in millimeters, and the internal diameter L2 of the stator body 16 expressed in millimeters, the product NsxL1 XL2, is between 38998 and 39142.
  • the number of turns Ns is between 23 and 37
  • the axial length L1 of the stator body 16 is between 17mm and 27mm
  • the internal diameter L2 of the stator body 16 is between 62mm and 67mm.
  • the stator body 16 has an external diameter L3 of 94 mm plus or minus 20%.
  • the axial length L1 of the stator body 16 is of the order of 20 mm plus or minus 20%.
  • the number of turns Ns of each coil 26 is of the order of 32 plus or minus 20%.
  • a thickness of the yoke 17 of the stator January 1 is of the order of 4.5 mm plus or minus 20%.
  • the wire diameter of each coil 26 is of the order 0.8 mm plus or minus 20%.
  • the X-axis rotor 12 comprises a body 31 formed by a laminated sheet bundle constituted by an axial stack of ferromagnetic sheets.
  • the rotor body 31 comprises a hub 32 mounted on the shaft of the machine and teeth 35 extending radially relative to the hub 32.
  • Housing 36 is located between the teeth 35.
  • Each housing 36 is delimited by two teeth 35 consecutive, so that there is a circumferential alternation between the teeth 35 and the housings 36.
  • At least one permanent magnet 39 is positioned in each housing 36.
  • the magnets 39 extend radially with respect to the X axis of the rotor 12. This results in a rotor configuration 12 with a flux concentration, the lateral faces facing two consecutive magnets 39 being of the same polarity.
  • Magnets 39 are preferably rare earth.
  • the magnets 39 are made of ferrite according to the applications and the desired power of the rotating electrical machine 10. In this case, the rotor 12 comprises ten housings 36 and therefore ten poles.
  • each tooth 35 has two arms 42 connecting to the hub 32, as is clearly visible in Figure 7.
  • Each arm 42 forms a portion of a housing edge 36 of a corresponding magnet 39.
  • Each arm 42 comprises a covering portion with a magnet 39 corresponding to the portion of the arm 42 opposite the magnet 39 having a radial length Hu and a thickness e measured in a direction orthoradial with respect to the axis X.
  • the ratio between the radial length Hu and the thickness e of an arm 42 is between 1.8 Tesia divided by the value of the remanent induction Br of the corresponding magnet 39 and 2.16 Tesia divided by the value of the remanent induction Br of the corresponding magnet 39.
  • the value of the remanent induction Br of the magnet 39 is expressed in tesia.
  • This remanent induction is an intrinsic characteristic of the permanent magnet 39.
  • this residual induction can be between 0.9 Tesia and 1.5 Tesia as a function of the shade of said magnet.
  • the thickness e of an arm 42 is between 0.3 mm and 0.8mm in order to respect the limit at break of the sheet bundle Lim_r and the maximum permissible leakage flow Lim_f.
  • a recess 45 is formed between the two arms 42 of the same corresponding tooth 35.
  • the tooth 35 comprises a flared portion 46 extending in the extension of each arm 42 forming a face of the recess 45. This face forms an angle A with a face of the arm 42 forming another face of the recess 45 corresponding to at least 150 °.
  • the rotor 12 has an external diameter L4 of between 60 mm and 70 mm and an internal diameter L5 of between 15 and 20 mm (see FIG.
  • the thickness of each arm 42 is between 0.4 and 0.6 mm, and is preferably of the order of 0.5 mm.
  • the length of the useful cover Hu is between 0.7mm and 4.2mm.
  • each tooth 35 further comprises a fixing hole 47 adapted to receive a fastener, such as a rivet, for holding together the sheets of the rotor 12.
  • a fastener such as a rivet
  • a gap L6 measured in a plane perpendicular to the axis X between an edge of the fixing hole 47 and a rim of the corresponding recess 45 is constant.
  • some teeth 35 of the rotor 12 have a fixing hole 47 but not all.
  • lips 50 are implanted on the side of the free end of each tooth 35. These lips 50 extend on either side of each tooth 35. These lips 50 thus constitute means of radial retention of the magnets 39 Alternatively, the housings 36 for the magnets 39 may be closed at their outer periphery.
  • Plating members 53 such as flat springs, plating the magnets 39 to the corresponding lips 50, as shown in FIG. 7. Each plating member 53 is positioned in a corresponding recess 36 between the hub 32. and the corresponding magnet 39.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

L'invention porte principalement sur un rotor (12) de machine électrique caractérisé en ce que -chaque dent (35) comporte au moins deux bras (42) de liaison au moyeu (32), -chaque bras (42) comprend une partie de recouvrement avec un aimant permanent (39) correspondant à une partie du bras (42) en vis-à-vis de l'aimant permanent (39) et en ce que cette partie de recouvrement comprend une longueur radiale (Hu) et une épaisseur (e) orthoradiale, et -un rapport entre la longueur radiale (Hu) et l'épaisseur (e) orthoradiale est compris entre 1.8 Tesla divisé par la valeur de l'induction rémanente de l'aimant permanent (39) correspondant et 2.16 Tesla divisé par la valeur de l'induction rémanente de l'aimant permanent (39) correspondant.

Description

ROTOR DE MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE À
CONFIGURATION AMÉLIORÉE
La présente invention porte sur un rotor de machine électrique tournante à configuration améliorée. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des machines électriques tournantes, telles qu'un alternateur ou un moteur électrique. L'invention pourra être utilisée avantageusement avec un compresseur de fluide réfrigérant de climatiseur pour véhicule automobile.
On connaît des machines électriques comportant un stator et un rotor solidaire d'un arbre assurant la mise en mouvement d'un compresseur à spirale, celle-ci étant désignée sous le nom de "scroll" en anglais. Un tel système comporte deux spirales coopérant entre elles pour pomper et comprimer le fluide réfrigérant. En général, une des spirales est fixe, alors que l'autre se déplace excentriquement sans tourner, de manière à pomper puis emprisonner et comprimer des poches de fluide entre les spires. Un tel système est par exemple décrit dans le document EP1865200.
Le rotor de la machine électrique comporte un corps formé par un empilage de feuilles de tôles maintenues sous forme de paquet au moyen d'un système de fixation adapté. Le rotor comporte des pôles formés par exemple par des aimants permanents situés dans des logements ménagés dans la masse magnétique du rotor. Alternativement, dans une configuration dite à pôles "saillants", les pôles sont formés par des bobines enroulées autour de bras du rotor.
Par ailleurs, le stator comporte un corps réalisé en tôles feuilletées pour diminuer les courants de Foucault. Le corps comporte une paroi annulaire, appelée culasse, et des dents issues de la périphérie interne de la paroi annulaire. Les dents du stator réparties sur la culasse s'étendent vers l'intérieur du stator en direction du rotor. Un entrefer existe entre l'extrémité libre des dents, définissant la périphérie interne du corps du stator, et la périphérie externe du rotor. Les dents définissent avec la culasse des encoches ouvertes vers l'intérieur et destinées à recevoir un bobinage pour formation d'un stator polyphasé par exemple du type triphasé. Ce bobinage pourra par exemple consister en un ensemble de bobines isolées électriquement du corps du stator enroulées chacune autour d'une dent correspondante. On obtient ainsi un bobinage dit de type concentré.
L'invention vise à améliorer la configuration existante d'une telle machine électrique.
A cet effet, l'invention a pour objet un rotor de machine électrique comprenant:
- un corps comprenant des dents et des logements entre les dents,
- au moins un aimant permanent positionné dans chaque logement, l'aimant permanent comportant une induction rémanente, notamment dont la valeur est exprimée en Tesia,
- le corps comportant en outre un moyeu destiné à être monté sur un arbre, caractérisé en ce que
- chaque dent comporte au moins deux bras de liaison au moyeu,
- chaque bras forme une portion d'un bord d'un logement d'un aimant permanent correspondant,
- chaque bras comprend une partie de recouvrement avec un aimant permanent correspondant à une partie du bras en vis-à-vis de l'aimant permanent et en ce que cette partie de recouvrement comprend une longueur radiale et une épaisseur orthoradiale, et
- un rapport entre la longueur radiale et l'épaisseur orthoradiale est compris entre 1 .8 Tesia divisé par la valeur de l'induction rémanente de l'aimant permanent correspondant et 2.16 Tesia divisé par la valeur de l'induction rémanente de l'aimant permanent correspondant. L'invention permet ainsi de limiter le flux de fuite passant par les bras de liaison du rotor en les saturant magnétiquement et d'éviter tout risque de dégradation mécanique du rotor dû à l'effet de la force centrifuge. L'invention permet en outre de réduire le poids de la machine et de minimiser le niveau de bruit. Par épaisseur orthoradiale on entend l'épaisseur du bras mesuré selon une direction perpendiculaire à un plan radial passant au centre du bras et à équidistance de l'axe du rotor et non axialement. Selon une réalisation, un évidement est formé entre les deux bras d'une même dent et en ce que la dent comprend une portion évasée s'étendant dans le prolongement de chaque bras formant une face de l'évidement et en ce que cette face forme un angle avec une face du bras formant une face de l'évidement correspondant d'au moins 150 degrés.
Selon une réalisation, au moins une dent comprend un trou de fixation apte à recevoir un organe de fixation et en ce qu'un écart entre un bord du trou de fixation et un bord de l'évidement correspondant est constant.
Selon une réalisation, un diamètre externe du rotor est compris entre 60mm et 70mm.
Selon une réalisation, les aimants permanents sont réalisés en terre rare.
Selon une réalisation, une épaisseur de chaque bras est comprise entre 0.4 et 0.6mm.
Selon une réalisation, l'épaisseur de chaque bras est de l'ordre de 0.5mm. Selon une réalisation, la longueur radiale est comprise entre 0.7mm et 4.2mm.
Selon une réalisation, ledit rotor comporte des moyens de retenue radiale des aimants permanents.
Selon une réalisation, les moyens de retenue radiale sont constitués par des lèvres s'étendant de part et d'autre des dents dudit rotor.
Selon une réalisation, ledit rotor comporte des organes de plaquage des aimants permanents vers les lèvres correspondantes.
Selon une réalisation, chaque organe de placage est positionné dans un logement correspondant entre le moyeu et l'aimant permanent correspondant.
Selon une réalisation, le corps est formé par un paquet de tôle feuilletée. L'invention a également pour objet une machine électrique tournante caractérisée en ce qu'elle comporte un rotor tel que précédemment défini.
Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante est configurée pour fonctionner à une tension inférieure à 350 Volts. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention.
La figure 1 est une vue en coupe transversale d'une machine électrique tournante selon la présente invention; La figure 2 est une vue de côté de la machine électrique tournante selon la présente invention;
La figure 3 est une vue de dessus du stator de la machine électrique tournante selon la présente invention;
La figure 4 est une vue en coupe partielle du stator de la machine électrique tournante selon la présente invention;
La figure 5 est une représentation schématique du couplage en triangle des phases de la machine électrique tournante selon la présente invention;
La figure 6 est une représentation graphique de l'évolution des paramètres de rendement et de longueur axiale du corps de stator de la machine électrique en fonction du nombre de spires pour chaque bobine;
La figure 7 est une vue détaillée illustrant la zone de recouvrement entre un aimant et des bras de liaison du rotor de la machine électrique tournante selon la présente invention;
La figure 8 est une représentation de l'évolution du flux de fuite passant par le bras du rotor et des contraintes mécaniques appliquées sur le paquet de tôles du rotor en fonction de l'épaisseur d'un bras de liaison du rotor.
Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. La figure 1 représente une machine électrique tournante 10 comportant un stator 1 1 polyphasé entourant un rotor 12 d'axe X destiné à être monté sur un arbre (non représenté). Le stator 1 1 est destiné à être porté par un carter (non représenté) configuré pour porter à rotation l'arbre via des roulements à billes et/ou à aiguilles comme visible par exemple dans le document EP1865200 précité. Cette machine électrique tournante 10 pourra appartenir à un compresseur utilisé pour la compression de fluide réfrigérant de climatiseur de véhicule automobile. En variante, la machine 10 pourra fonctionner en mode alternateur. De préférence, la machine électrique tournante 10 est avantageusement configurée pour fonctionner à une tension inférieure à 350 Volts.
Comme on peut le voir sur la figure 3, le stator 1 1 présente un axe Y destiné à être confondu avec l'axe X du rotor 12 lorsque la machine 10 est dans un état assemblé. Le stator 1 1 comporte un corps 16 sous la forme d'un paquet de tôles feuilletées présentant à sa périphérie externe une paroi annulaire 17, appelé culasse, et des dents 18 issues de la périphérie interne de la culasse 17, tel que cela est représenté sur la figure 4. Ces dents 18 sont réparties circonférentiellement de manière régulière et s'étendent vers l'intérieur en direction du rotor 12, tel qu'un rotor à aimants permanents décrit plus en détails ci-après.
Les dents 18 délimitent deux à deux des encoches 21 , deux encoches 21 successives étant ainsi séparées par une dent 18. Ces dents 18 présentent chacune à leur extrémité libre deux rebords 22 s'étendant circonférentiellement de part et d'autre de la dent 18. Les extrémités libres des dents 18 délimitent, de manière connue, un entrefer avec la périphérie externe du rotor 12 de la machine électrique tournante 10.
Le stator 1 1 comporte en outre un bobinage 25 triphasé comportant une pluralité de bobines 26 pour former les différents pôles du stator 1 1 . Chaque bobine 26 est formée par une pluralité de spires entourant une dent 18 correspondante. Les bobines 26 sont réalisées en sorte qu'une même encoche 21 reçoit deux demi-bobines. On obtient ainsi un bobinage 25 dit de type concentré. Les fils des bobines 26, tels que des fils en cuivre ou en aluminium recouverts d'une couche électriquement isolante, comme par exemple de l'émail, sont enroulés chacun autour d'une dent 18. Cette opération de bobinage 25 pourra par exemple être effectuée à l'aide d'une aiguille centralement creuse pour permettre un passage d'un ou plusieurs fils en parallèles formant la bobine 26. Cette aiguille se déplace circonférentiellement, axialement, et radialement par rapport au stator 1 1 . Le bobinage 25 pourra être réalisé in situ, c'est-à-dire directement autour des dents 18 du stator 1 1 . Alternativement, le bobinage 25 pourra être réalisé sur des dents 18 rapportées qui sont ensuite fixées sur la culasse du stator 1 1 via un système de liaison adapté.
De préférence, le stator 1 1 est équipé d'isolants d'encoche 29 prenant par exemple la forme d'une membrane fine, réalisée dans un matériau électriquement isolant et conducteur de chaleur. Cette membrane fine est pliée, en sorte que chaque isolant d'encoche 29 est intercalé entre une bobine 26 et les parois internes des encoches 21 du stator 1 1 .
Comme cela est illustré sur la figure 5, on distingue parmi les bobines 26, les bobines Ui utilisées pour former la phase U de la machine, les bobines Vi utilisées pour former la phase V de la machine, ainsi que les bobines Wi utilisées pour former la phase W de la machine, pour i allant de 1 à N. N vaut en l'occurrence 5 mais pourrait en variante avoir une valeur supérieure ou inférieure tout en restant au moins égale à deux.
Plus précisément, Tj correspond à une dent 18 du stator 1 1 avec j allant de 1 à 15 pour un stator à 15 dents. Les bobines sont associées alternativement aux différentes phases du stator 1 1 . Ainsi, pour un système à trois phases U, V, W, la bobine de la dent T1 est associée à la phase W, la bobine de la dent T2 est associée à la phase V, la bobine de la dent T3 est associée à la phase U, et ainsi de suite. On retrouve ainsi les bobines 26 associées à une même phase toutes les K dents, K étant le nombre de phases ici égal à trois. En outre, les bobines 26 de chaque phase U, V, W sont branchées électriquement en série. Ainsi, les bobines U1 , U2, U3, U4, U5 de la phase U sont branchées électriquement en série. Les bobines V1 , V2, V3, V4, V5 de la phase V sont branchées électriquement en série. Et les bobines W1 , W2, W3, W4, W5 de la phase W sont branchées électriquement en série.
Les phases U, V, W de la machine 10 sont avantageusement couplées en triangle. Ainsi, l'entrée EU de la phase U est connectée avec la sortie SW de la phase W. L'entrée EW de la phase W est connectée avec la sortie SV de la phase V. L'entrée EV de la phase V est connectée avec la sortie SU de la phase U.
Afin d'augmenter le rendement de la machine 10, il est nécessaire de réduire sa résistance en augmentant la section bobinable, ainsi que le nombre de spires Ns de chaque bobine 26 et la longueur axiale L1 du corps de stator 16 (cf. figure 2). A iso-taux de remplissage, la réduction du nombre de spires Ns correspond à une augmentation du diamètre de fil. Par ailleurs, pour améliorer la compacité de la machine 10, il est nécessaire de réduire la longueur L1 du corps de stator 16 tout en conservant le même couple. A cet effet, il est nécessaire d'augmenter le nombre de spires Ns.
Afin d'optimiser le compromis entre le rendement et la compacité en ayant un rendement supérieur ou égal à 89% et une longueur axiale L1 du corps de stator 16 inférieure ou égale à 27mm, le produit du nombre de spires Ns de chaque bobine 26, de la longueur axiale L1 du corps de stator 16 exprimée en millimètres, et du diamètre interne L2 du corps de stator 16 exprimé en millimètres, soit le produit NsxL1 XL2, est compris entre 38998 et 39142.
De préférence, le nombre de spires Ns est compris entre 23 et 37, la longueur axiale L1 du corps de stator 16 est comprise entre 17mm et 27mm, et le diamètre interne L2 du corps de stator 16 est compris entre 62mm et 67mm.
Le tableau ci-dessous présente des exemples de valeurs pour un diamètre interne L2 du corps de stator 16 valant 62mm:
Figure imgf000010_0001
Les courbes C1 et C2 correspondant respectivement à la longueur L1 et au rendement R sont représentées en figure 6. On observe que les valeurs de la première ligne ne correspondent pas à une configuration acceptable car elles ne permettent pas de respecter le critère de compacité (L1 supérieur à 27mm). Par ailleurs, les valeurs des lignes 7 et 8 ne permettent pas de respecter le critère de rendement imposé (R inférieur à 89%).
Le tableau ci-dessous présente des exemples de valeurs pour un diamètre interne L2 du corps de stator 16 valant 67mm:
Figure imgf000010_0002
On observe que les valeurs des lignes 1 et 2 ne correspondent pas à des configurations acceptables, car elles ne permettent pas de respecter le critère de compacité (L1 supérieur à 27mm). Par ailleurs, les valeurs des lignes 6, 7, et 8 ne permettent pas de respecter le critère de rendement (R inférieur à 89%). Dans un exemple de réalisation particulier, le corps de stator 16 présente un diamètre externe L3 de 94mm plus ou moins 20%. La longueur axiale L1 du corps de stator 16 est de l'ordre de 20mm plus ou moins 20%. Le nombre de spires Ns de chaque bobine 26 est de l'ordre de 32 plus ou moins 20%. Une épaisseur de la culasse 17 du stator 1 1 est de l'ordre de 4.5mm plus ou moins 20%. Le diamètre de fil de chaque bobine 26 est de l'ordre 0.8mm plus ou moins 20%.
Par ailleurs, comme cela est visible sur les figures 1 et 7, le rotor 12 d'axe X comporte un corps 31 formé par un paquet de tôle feuilletée constitué par un empilement axial de tôles ferromagnétiques. Le corps de rotor 31 comprend un moyeu 32 monté sur l'arbre de la machine et des dents 35 s'étendant radialement par rapport au moyeu 32. Des logements 36 sont situés entre les dents 35. Chaque logement 36 est délimité par deux dents 35 consécutives, de sorte qu'il existe une alternance circonférentielle entre les dents 35 et les logements 36.
Au moins un aimant permanent 39 est positionné dans chaque logement 36. Ainsi, il sera possible d'utiliser un aimant 39 unique positionné à l'intérieur d'un logement 36 correspondant, ou deux aimants 39 ou même plus de deux aimants par logement 36 empilés axialement les uns sur les autres. Les aimants 39 s'étendent radialement par rapport à l'axe X du rotor 12. On obtient ainsi une configuration de rotor 12 à concentration de flux, les faces latérales en vis-à-vis de deux aimants 39 consécutifs étant de même polarité. Les aimants 39 sont de préférence en terre rare. En variante, les aimants 39 sont en ferrite selon les applications et la puissance recherchée de la machine électrique tournante 10. En l'occurrence, le rotor 12 comporte dix logements 36 et donc dix pôles.
Par ailleurs, chaque dent 35 comporte deux bras 42 de liaison au moyeu 32, tel que cela est bien visible sur la figure 7. Chaque bras 42 forme une portion d'un bord de logement 36 d'un aimant 39 correspondant. Chaque bras 42 comprend une partie de recouvrement avec un aimant 39 correspondant à la partie du bras 42 en vis-à-vis de l'aimant 39 ayant une longueur radiale Hu et une épaisseur e mesurée suivant une direction orthoradiale par rapport à l'axe X. De préférence, afin d'obtenir un compromis optimum entre les performances magnétiques et la rigidité mécanique du rotor 12, le rapport entre la longueur radiale Hu et l'épaisseur e d'un bras 42 est compris entre 1 ,8 Tesia divisé par la valeur de l'induction rémanente Br de l'aimant 39 correspondant et 2,16 Tesia divisé par la valeur de l'induction rémanente Br de l'aimant 39 correspondant.
La valeur de l'induction rémanente Br de l'aimant 39 est exprimée en tesia.
Cette induction rémanente est une caractéristique intrinsèque de l'aimant permanent 39. Par exemple, dans le cas d'un aimant permanent 39 en Néodyme Fer Bore, cette induction rémanente peut être comprise entre 0,9 Tesia et 1 ,5 Tesia en fonction de la nuance dudit aimant.
Sur la figure 8 où les courbes C3 et C4 représentent respectivement l'évolution des contraintes mécaniques appliquées sur le paquet de tôles du rotor et l'évolution du flux de fuite, l'épaisseur e d'un bras 42 est comprise entre 0.3mm et 0.8mm afin de respecter la limite à la rupture du paquet de tôle Lim_r et le flux de fuite maximum admissible Lim_f.
En outre, un évidement 45 est formé entre les deux bras 42 d'une même dent 35 correspondante. La dent 35 comprend une portion évasée 46 s'étendant dans le prolongement de chaque bras 42 formant une face de l'évidement 45. Cette face forme un angle A avec une face du bras 42 formant une autre face de l'évidement 45 correspondant d'au moins 150°.
Dans un exemple de réalisation, le rotor 12 présente un diamètre externe L4 compris entre 60mm et 70mm et un diamètre interne L5 comprise entre 15 et 20mm (cf. figure 1 ). L'épaisseur de chaque bras 42 est comprise entre 0,4 et 0.6mm, et vaut de préférence de l'ordre de 0.5mm. La longueur du recouvrement utile Hu est comprise entre 0.7mm et 4.2mm.
Dans l'exemple représenté sur les figures 1 et 7, chaque dent 35 comprend en outre un trou de fixation 47 apte à recevoir un organe de fixation, tel qu'un rivet, pour maintenir ensemble les tôles du rotor 12. Afin d'optimiser le passage du flux dans la dent 35, un écart L6 mesuré dans un plan perpendiculaire à l'axe X entre un bord du trou de fixation 47 et un bord de l'évidement 45 correspondant est constant. En variante, certaines dents 35 du rotor 12 comportent un trou de fixation 47 mais pas toutes.
En outre, des lèvres 50 sont implantées du côté de l'extrémité libre de chaque dent 35. Ces lèvres 50 s'étendent de part et d'autre de chaque dent 35. Ces lèvres 50 constituent ainsi des moyens de retenue radiale des aimants 39. En variante, les logements 36 pour les aimants 39 pourront être fermés à leur périphérie externe.
Des organes de plaquage 53, tel que des ressorts plats, assurent le plaquage des aimants 39 vers les lèvres 50 correspondantes, tel que cela est illustré par la figure 7. Chaque organe de placage 53 est positionné dans un logement 36 correspondant entre le moyeu 32 et l'aimant 39 correspondant.
Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents. En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Rotor (12) de machine électrique comprenant:
- un corps (31 ) comprenant des dents (35) et des logements (36) entre les dents (35),
- au moins un aimant permanent (39) positionné dans chaque logement (36), l'aimant permanent (39) comportant une induction rémanente (Br), notamment dont la valeur est exprimée en Tesla,
- le corps (31 ) comportant en outre un moyeu (32) destiné à être monté sur un arbre,
caractérisé en ce que
- chaque dent (35) comporte au moins deux bras (42) de liaison au moyeu (32),
- chaque bras (42) forme une portion d'un bord d'un logement (36) d'un aimant permanent (39) correspondant,
- chaque bras (42) comprend une partie de recouvrement avec un aimant permanent (39) correspondant à une partie du bras (42) en vis-à-vis de l'aimant permanent (39) et en ce que cette partie de recouvrement comprend une longueur radiale (Hu) et une épaisseur (e) orthoradiale, et
- un rapport entre la longueur radiale (Hu) et l'épaisseur (e) orthoradiale est compris entre 1 .8 Tesla divisé par la valeur de l'induction rémanente (Br) de l'aimant permanent (39) correspondant et 2.16 Tesla divisé par la valeur de l'induction rémanente (Br) de l'aimant permanent (39) correspondant.
2. Rotor selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'un évidement (45) est formé entre les deux bras (42) d'une même dent (35) et en ce que la dent (35) comprend une portion évasée (46) s'étendant dans le prolongement de chaque bras (42) formant une face de l'évidement (45) et en ce que cette face forme un angle (A) avec une face du bras (42) formant une face de l'évidement (45) correspondant d'au moins 150 degrés.
3. Rotor selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins une dent (35) comprend un trou de fixation (47) apte à recevoir un organe de fixation et en ce qu'un écart (L6) entre un bord du trou de fixation (47) et un bord de l'évidement (45) correspondant est constant.
4. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un diamètre externe (L4) du rotor (12) est compris entre 60mm et 70mm.
5. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les aimants permanents (39) sont réalisés en terre rare.
6. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'une épaisseur de chaque bras (45) est comprise entre 0.4 et 0.6mm.
7. Rotor selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'épaisseur de chaque bras (45) est de l'ordre de 0.5mm.
8. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la longueur radiale (Hu) est comprise entre 0.7mm et 4.2 mm.
9. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de retenue radiale (50) des aimants permanents (39).
10. Rotor selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de retenue radiale sont constitués par des lèvres (50) s'étendant de part et d'autre des dents (35) dudit rotor (12).
1 1 . Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte des organes de plaquage (53) des aimants permanents (39) vers les lèvres (50) correspondantes.
12. Rotor selon la revendication 1 1 , caractérisé en ce que chaque organe de placage (53) est positionné dans un logement (36) correspondant entre le moyeu (32) et l'aimant permanent (39) correspondant.
13. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le corps (31 ) est formé par un paquet de tôle feuilletée.
14. Machine électrique tournante (10) caractérisée en ce qu'elle comporte un rotor (12) tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes.
PCT/FR2018/050355 2017-02-27 2018-02-14 Rotor de machine électrique tournante a configuration améliorée WO2018154218A1 (fr)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18707111.3A EP3580834A1 (fr) 2017-02-27 2018-02-14 Rotor de machine électrique tournante a configuration améliorée

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1751527 2017-02-27
FR1751527A FR3063401A1 (fr) 2017-02-27 2017-02-27 Rotor de machine electrique tournante a configuration amelioree

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018154218A1 true WO2018154218A1 (fr) 2018-08-30

Family

ID=59409399

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2018/050355 WO2018154218A1 (fr) 2017-02-27 2018-02-14 Rotor de machine électrique tournante a configuration améliorée

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3580834A1 (fr)
FR (1) FR3063401A1 (fr)
WO (1) WO2018154218A1 (fr)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020072734A1 (fr) * 2018-10-04 2020-04-09 Montana Technologies, Llc Rotor et stator pour machine à flux axial à grande vitesse

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1865200A1 (fr) 2005-04-01 2007-12-12 Sanden Corporation Compresseur hybride
WO2009153511A2 (fr) * 2008-06-16 2009-12-23 Moteurs Leroy-Somer Rotor a aimants permanents et machine tournante comportante un tel rotor
EP2372874A2 (fr) * 2010-03-31 2011-10-05 Valeo Equipements Electriques Moteur Machine électrique tournante synchrone à aimants permanents et concentration de flux
EP2568578A2 (fr) * 2011-09-07 2013-03-13 Samsung Electronics Co., Ltd. Moteur et lave-linge pourvu de ce dernier
EP2793367A1 (fr) * 2013-04-15 2014-10-22 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Machine électrique rotative et procédé de fabrication d'un rotor
FR3009140A1 (fr) * 2013-07-29 2015-01-30 Valeo Equip Electr Moteur Rotor a aimants permanents

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1865200A1 (fr) 2005-04-01 2007-12-12 Sanden Corporation Compresseur hybride
WO2009153511A2 (fr) * 2008-06-16 2009-12-23 Moteurs Leroy-Somer Rotor a aimants permanents et machine tournante comportante un tel rotor
EP2372874A2 (fr) * 2010-03-31 2011-10-05 Valeo Equipements Electriques Moteur Machine électrique tournante synchrone à aimants permanents et concentration de flux
EP2568578A2 (fr) * 2011-09-07 2013-03-13 Samsung Electronics Co., Ltd. Moteur et lave-linge pourvu de ce dernier
EP2793367A1 (fr) * 2013-04-15 2014-10-22 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Machine électrique rotative et procédé de fabrication d'un rotor
FR3009140A1 (fr) * 2013-07-29 2015-01-30 Valeo Equip Electr Moteur Rotor a aimants permanents

Also Published As

Publication number Publication date
EP3580834A1 (fr) 2019-12-18
FR3063401A1 (fr) 2018-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2004082100A2 (fr) Machine electrique tournante comportant un stator et deux rotors
EP3130059A2 (fr) Rotor de machine électrique tournante
EP3304706A1 (fr) Machine électrique tournante avec un stator à encoches fermées et plus particulièrement machine électrique synchrone à réluctance variable assistée d'aimants permanents
EP3104501B1 (fr) Rotor pour machine electrique tournante
FR3084535A1 (fr) Rotor de machine electrique avec poles asymetriques
WO2013136021A2 (fr) Ensemble de flasques de rotor de machine electrique tournante comportant des pales axiales de ventilation favorisant un flux d'air axial a l'interieur du rotor et rotor de machine electrique associe
WO2014033411A2 (fr) Flasque de rotor de machine electrique tournante comportant des pales internes de ventilation et rotor de machine electrique associe
FR3063399B1 (fr) Machine electrique tournante a configuration amelioree
EP2209192A1 (fr) Machine électrique tournante, en particulier pour un démarreur de véhicule automobile
WO2014174200A2 (fr) Élément isolant muni de crochets de maintien de fils de bobinage d'un stator de machine électrique et stator correspondant
EP3580834A1 (fr) Rotor de machine électrique tournante a configuration améliorée
FR2988236A1 (fr) Ensemble de flasques de rotor de machine electrique tournante comportant des orifices asymetriques favorisant un flux d'air axial a l'interieur du rotor et rotor de machine electrique tournante associe
FR3051295A1 (fr) Machine electrique tournante a puissance augmentee
EP3223393B1 (fr) Machine electrique tournante ayant un ratio de dimensions minimisant les ondulations de couple
EP3229348B1 (fr) Rotor pour machine électrique tournante
FR3083022A1 (fr) Machine electrique tournante ayant une configuration de rotor reduisant les ondulations de couple
WO2008043926A1 (fr) Rotor a griffes muni d'elements ferromagnetiques interpolaires de largeur optimisee et machine tournante equipee d'un tel rotor
EP4073909A1 (fr) Flasque pour machine électrique tournante
WO2017093635A1 (fr) Rotor a griffes de machine electrique tournante muni d'au moins un chanfrein realise dans un bord de fuite d'une griffe
WO2017093636A1 (fr) Rotor a griffes de machine electrique tournante muni de griffes a chanfrein de forme courbe
FR3074978A1 (fr) Machine electrique tournante munie de butees de maintien pour des ressorts d'aimants permanents
WO2015145008A1 (fr) Machine électrique tournante a couplage de phases optimise et procédé de réalisation de bobinage correspondant
WO2017093640A1 (fr) Rotor a griffes de machine electrique tournante muni d'au moins un chanfrein realise dans une griffe
FR3103653A1 (fr) Machine électrique tournante avec blocage axial du stator
WO2018153783A1 (fr) Machine electrique tournante avec un stator a encoches obturees et plus particulierement machine electrique synchro reluctante assistee par des aimants permanents

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18707111

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018707111

Country of ref document: EP

Effective date: 20190909