WO2024028133A1 - Axial-flux electric traction machine - Google Patents

Axial-flux electric traction machine Download PDF

Info

Publication number
WO2024028133A1
WO2024028133A1 PCT/EP2023/070335 EP2023070335W WO2024028133A1 WO 2024028133 A1 WO2024028133 A1 WO 2024028133A1 EP 2023070335 W EP2023070335 W EP 2023070335W WO 2024028133 A1 WO2024028133 A1 WO 2024028133A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
studs
rotor
electric machine
rotor winding
stator
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/070335
Other languages
French (fr)
Inventor
Paul Armiroli
Nicolas Labbe
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
Publication of WO2024028133A1 publication Critical patent/WO2024028133A1/en

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
    • H02K1/24—Rotor cores with salient poles ; Variable reluctance rotors
    • H02K1/243—Rotor cores with salient poles ; Variable reluctance rotors of the claw-pole type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00—Synchronous motors or generators
    • H02K19/02—Synchronous motors
    • H02K19/10—Synchronous motors for multi-phase current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00—Synchronous motors or generators
    • H02K19/16—Synchronous generators
    • H02K19/26—Synchronous generators characterised by the arrangement of exciting windings

Definitions

  • the invention relates to a rotating axial flux electric traction machine for a motor vehicle.
  • the invention finds particularly advantageous applications for the propulsion of low-power electric vehicles, in particular between 4kW and 5kW.
  • the invention can thus advantageously be implemented in particular with low-power four-wheel electric vehicles ("microcars" in English), two-wheeled motorcycle-type vehicles, or heavy quadricycles.
  • the invention also applies to powers of 100 kW to 400 kW at high voltage, for example greater than 400 V.
  • Motor control essentially consists of a power adjustment on the armature (usual mode of speed control of a brushed DC motor) supplemented by a continuous flux variation on the inductor. Since such a control is devoid of jerks, handling is often considered disconcerting, even unpleasant, by drivers who enjoy dynamic driving.
  • the rotor can be of the homopolar claw type as illustrated in Figure 1.
  • the rotor 1 1 described here comprises a single rotating rotor winding 12 regardless of the number of poles p of the rotor.
  • the claws, forming the different poles p of the rotor are distributed into two groups of different polarities, a first group and a second group. The two groups are alternated circumferentially.
  • the rotor 11 of Figure 1 comprises an annular disk 13 from which the claws extend.
  • Each claw of the first group also called first claw 14, has a first axial base 15 which extends from an inner periphery of the disc and a first claw nose extending radially outwards.
  • Each claw of the second group also called second claw 18, has a second axial base 19 which extends from an outer periphery of the disc and a second claw nose 20 extending radially towards the inside.
  • the rotating rotor winding 12 is mounted axially between the disc 13 and the claw noses 15, 20 and radially between the first bases 15 and the second bases 19.
  • the claws are polarized under the effect of the current circulating in the rotor winding 12 so as to form the p poles of the rotor.
  • - at least one homopolar rotor, movable in rotation, with p poles comprising: o an annular disk with an axis of symmetry coinciding with the axis of rotation, op/2 upper studs and p/2 lower studs, p being an even integer, the upper studs being radially further away from the axis of rotation than the lower studs, the lower studs and the upper studs being circumferentially alternated at least one concentric rotor winding mounted radially between the upper studs and the lower studs, the upper studs and the lower studs not facing axially the rotor winding, the upper studs and the lower studs being able to be polarized under the effect a rotor current circulating in the rotor winding so as to form p poles of the rotor, and
  • At least one stator fixed in rotation, comprising at least one stator coil
  • the machine is remarkable in that the rotor winding is fixed in rotation.
  • the manufacturing and assembly of the rotor are simplified and less expensive compared to the prior art illustrated.
  • the assembly made up of the annular disc and the crampons does not have an undercut zone which complicates its manufacturing, notably with a need for machining.
  • the electric machine has substantially identical performances, compared to an identical machine comprising a rotor according to the figure 1.
  • the lower studs and the upper studs are circumferentially alternated when a lower stud is angularly framed by two upper studs, without taking into account the radial height.
  • a disk within the meaning of the invention designates a circular plate or not.
  • a disk can for example have a polygonal outline.
  • the rotor winding faces the annular disk axially in one of the two axial directions.
  • the studs form the poles of the rotor when the rotor winding is powered.
  • Each pole includes a single crampon.
  • the lower studs extend from a radially inner periphery of the annular disc.
  • the upper studs extend from a radially outer periphery of the annular disc.
  • the upper studs and the lower studs form a single piece of the same material with the annular disc. This reduces the number of operations during assembly and simplifies the process.
  • the annular disc, the upper studs and the lower studs form a single piece.
  • the upper studs and the lower studs are trapezoidal in shape.
  • Each upper stud and each lower stud have a cylindrical radially outer surface.
  • Each upper stud and each lower stud have a cylindrical radially interior surface.
  • the upper studs and the lower studs do not protrude radially from the annular disc.
  • all the upper studs and all the lower studs associated with said rotor winding are on the same axial side of the annular disc.
  • At least one of the upper studs and the lower studs may have an insert receiving a magnet.
  • the magnet increases the field intensity of the rotor.
  • the insert may be blind, in particular in the radial direction, in particular in the axial direction, in particular in the axial direction and the axial direction.
  • all the upper studs and all the lower studs have a magnet.
  • p is between two and thirty-two, in particular between four and sixteen.
  • the rotor has a polar pitch equal to 2*TT/P, expressed in radians.
  • the lower studs are able to all have the same polarity and the upper studs are able to all have the same polarity opposite to the polarity of the lower studs.
  • All lower studs can have the same shape.
  • All the bottom cleats can be evenly distributed in the circumferential direction.
  • each lower stud has an external angular opening.
  • the value of the external angular opening of the lower studs pi can be between 0.5*(polar pitch) and 0.95*(polar pitch).
  • each lower stud has an interior angular opening.
  • the value of the interior angular opening of the lower studs P2 can be between 0.5*(polar pitch) and 0.95*(polar pitch).
  • the exterior angular opening may be greater than or equal to the interior angular opening.
  • the lower studs can expand radially outwards.
  • All upper crampons can have the same shape. All upper studs can be evenly distributed in the circumferential direction.
  • each upper stud has an external angular opening.
  • the value of the external angular opening of the upper crampons P3 can be between 0.5*(polar pitch) and 0.95*(polar pitch).
  • each upper stud has an interior angular opening.
  • the value of the interior angular opening of the upper studs P4 can be between 0.5*(polar pitch) and 0.95*(polar pitch).
  • the interior angular opening may be greater than or equal to the upper angular opening.
  • the upper studs can expand radially inward.
  • the annular disk can be hollow.
  • the annular disk is mounted on a rotor shaft.
  • the annular disc is for example fitted or shrink-fitted.
  • the annular disk has an exterior radius.
  • the value of the exterior radius Rext can be between 10 cm and 40 cm, preferably between 10 cm and 20 cm, in particular 15 cm.
  • the annular disk has an interior radius.
  • the value of the interior radius Rint can be between 0.1 *Rext and 0.75*Rext, in particular between 0.4*Rext and 0.60*Rext, for example 0.5*Rext.
  • the radially exterior surfaces of the upper studs are contiguous with the radially exterior surface of the annular disc.
  • the radially interior surfaces of the lower studs are contiguous with the radially interior surface of the annular disc.
  • the rotor has an axial rotor dimension, the value Lz of which can be between 2cm and 10cm, in particular between 3cm and 5cm, for example 3.6cm.
  • the annular disc has an axial thickness.
  • the value of the axial thickness of the annular disc ez1 can be between 0.25*Lz and 0.4*Lz.
  • each upper stud and each lower stud has an axial dimension.
  • This axial dimension can be identical for each of the upper studs and each of the lower studs.
  • the value of this axial dimension ez2 can be between 0.5*Lz and 0.75*Lz.
  • the electric machine has a greater radial air gap between the upper studs and the rotor winding of between 0.1 mm and 1 mm.
  • the electric machine has a lower radial air gap between the lower studs and the rotor winding of between 0.1 mm and 1 mm.
  • the electric machine has an axial air gap between the rotor winding and the annular disk.
  • the radial air gap can be between 0.1 mm and 1 mm.
  • the rotor winding is mounted on the stator.
  • the fixed parts of the machine are thus shared, which avoids the need for a fixed part dedicated to the rotor winding.
  • the electric machine comprises a single rotor winding.
  • the electric machine can comprise a plurality of rotor windings powered in parallel.
  • the electric machine comprises a casing.
  • the rotor winding is carried by a rotor disk, the rotor disk and the stator are fixed on the casing.
  • the rotor disk is a part independent of the stator.
  • the rotor disk may be non-magnetic.
  • the stator comprises a printed circuit board “PCB”.
  • the printed circuit board may include at least one PCB layer including the stator coil.
  • the printed circuit board "PCB” may comprise a plurality of PCB layers.
  • each PCB layer comprising a plurality of stator coils.
  • These stator coils can be coplanar and spaced angularly and symmetrically with respect to each other.
  • each stator coil is continuous and concentric in a single plane from an outermost stator coil portion to an innermost concentric stator coil portion.
  • stator coils in adjacent PCB layers are circumferentially aligned with each other relative to the axis to define symmetrical stacks of stator coils in an axial direction.
  • each stator coil includes a first terminal on the outer edge of the coil, a second terminal in the center of the stator coil.
  • each stator coil can be connected directly to an adjacent stator coil on the same PCB layer.
  • Each stator coil can be connected directly to a corresponding stator coil on another PCB layer.
  • each stator coil has only two terminals, each coil being continuous and uninterrupted between its two terminals alone.
  • the rotor winding is fixed on the printed circuit board, for example overmolded.
  • the stator comprising a plurality of teeth, the stator coil being wound around said teeth.
  • the stator comprises a plurality of stator coils, each being wound on one of said teeth.
  • the rotor winding is traversed by the direct rotor current, and in that the at least one stator coil is traversed by a polyphase stator current system.
  • the rotor current does not change sign and is mainly used to set the flux level. Note that the rotor winding is not traversed by a polyphase current system in normal operation.
  • the rotor winding is electrically connected to a control device.
  • the control device may include a plurality of controllable switches in order to continuously vary the current in the winding.
  • the switches may be Mosfets and/or diodes.
  • the controllable switches can be arranged in an H-bridge.
  • each rotor is framed axially by two stators.
  • the rotor may include p/2 upper studs and p/2 lower studs on each of the two axial sides of the annular disc.
  • each rotor can be associated with two rotor windings, each rotor winding being associated with an axial side of the annular disk.
  • each stator is framed axially by two rotors.
  • the two rotors can be associated with the same stator.
  • the electric machine can have a nominal mechanical power of between 4 kW and 35 kW, being for example 4 kW, 8 kW, 15 kW, 25 kW or 35 kW, or the electric machine can have a nominal mechanical power of between 40kW and 400kW, being for example 40kW, 80 kW, 100 kW, 150 kW, 180 kW, 200 kW, 300 kW or 400 kW.
  • This rotating electric machine can be electrically powered from an electrical energy storage unit via an inverter/rectifier, this inverter/rectifier allowing, depending on whether the electric machine operates as a motor or generator, to charge an on-board network of the vehicle or to be electrically powered from this network.
  • the nominal voltage of the electrical energy storage unit may be 12 V, 48 V or have another value, for example another value greater than 300 V.
  • the invention also relates to a motor vehicle characterized in that it comprises a rotating electric machine as previously defined to propel said vehicle.
  • the electric traction machine is installed on a rear axle between a wheel and a differential of said motor vehicle.
  • the electric machine could be installed directly in the wheel of the vehicle in a “wheel-motor” type assembly.
  • the motor vehicle can be a purely electric traction vehicle.
  • the vehicle can be a hybrid traction vehicle. Both thermal and electric.
  • the motor vehicle can be an electric utility vehicle or a light truck.
  • the electric machine according to the invention of the axial type, makes it possible to obtain a higher specific power and a higher continuous power than the electric machines according to the prior art.
  • This electric machine is suitable for the driving profiles of utility vehicles carrying loads and requiring continuous electrical power.
  • FIG. 1 is a perspective view of an example of a rotor according to the prior art.
  • FIG. 2 is a schematic view of an example of a motor vehicle according to the present invention.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of an example of an electrical machine according to the invention.
  • FIG. 4 is a perspective view of a rotor of the electric machine of Figure 3.
  • FIG. 5 is a front view of the rotor and the rotor winding of Figure 3.
  • FIG. 6 is a front view of an example of a stator of the electric machine according to the invention.
  • Figure 2 illustrates a motor vehicle according to an example of the invention comprising a rotating electric machine 10 according to an example of the invention.
  • the motor vehicle is an electric vehicle EV comprising wheels 3 and the electric machine 10.
  • the electric machine is configured to drive at least indirectly at least one of the wheels 3.
  • the vehicle comprises a high power battery voltage B, preferably a rechargeable battery, to provide electrical energy to the machine.
  • Battery B is for example a high voltage supply, in particular greater than 60V.
  • the battery can also be a low voltage battery, in particular 48V.
  • the electric machine 10 makes it possible to move the vehicle EV alone and is installed on a rear axle 2 between a rear wheel 3 and a differential.
  • the electric machine 10 could be installed on the front axle, not shown.
  • the electric machine 10 could be installed in at least one wheel 3.
  • an electric machine 10 is used in each rear wheel 3.
  • the electric machine 10 comprises at least one rotor, at least one rotor winding and at least one stator. These will be described in more detail in connection with the following figures.
  • the stator is powered via an inverter/rectifier I configured to convert a direct voltage (DC) from the battery B into an alternating voltage (AC) in order to control the electrical machine 10.
  • the stator is traversed by a polyphase stator current system Is, in particular three-phase.
  • the rotor winding is also powered by the battery B by a continuous rotor current Ir.
  • the rotor winding is electrically connected to battery B.
  • the rotor winding is capable of continuously generating a rotor current from zero to a maximum value in order to vary the rotor flux
  • FIG. 3 now describes in detail an example of an axial flux machine 10 according to the invention which can be fitted to the vehicle described in Figure 2.
  • the electrical machine is axial flux and rotates around an axis X of rotation.
  • the rotor 1 1 is homopolar, is movable in rotation and has p poles.
  • the rotor 11 comprises an annular disk 15 with an axis of symmetry coinciding with the axis X.
  • the rotor 11 also includes p/2 upper studs 16 and p/2 lower studs 17.
  • the upper studs 16 are radially further away from the axis X than the lower studs 17.
  • the lower studs 17 and the upper studs 16 are circumferentially alternate. Each lower stud 17 is angularly framed by two upper studs 16, without taking into account the radial height.
  • P is an even integer.
  • P is between two and thirty-two. Sixteen here.
  • the rotor 11 has a polar pitch equal to 2*Pi /p or for TT/8 radians for a polarity of 8, or .22.5 degrees.
  • the electric machine 10 comprises at least one concentric rotor winding 20 mounted radially between the upper studs 16 and the lower studs 17.
  • the upper studs 16 and the lower studs 17 do not face axially the winding rotor 20.
  • the upper studs 16 and the lower studs 17 are polarized under the effect of the rotor current Ir circulating in the rotor winding 20 so as to form the sixteen poles of the rotor 11.
  • the lower studs 17 all have the same polarity and the upper studs 16 all have the same polarity opposite to the polarity of the lower studs 17.
  • Each of the sixteen poles of the electric machine 10 comprises a single stud among the upper studs 16 and the lower studs 17.
  • the rotor winding 20 is fixed in rotation.
  • the rotor winding 20 is carried by a rotor disk 21 itself fixed in rotation which is an independent part of the stator.
  • the rotor winding is mounted on the stator. There is no rotor disk dedicated to fixing the rotor winding.
  • the rotor winding 20 is unique.
  • the rotor winding 20 faces axially the annular disc 15 in one of the two axial directions, that is to say along the axis X. All the upper studs 16 and all the lower studs 17 associated with the winding rotor are on the same axial side of the annular disk 15.
  • the lower studs 17 extend from a radially inner periphery 22 of the annular disc 15 and the upper studs 16 extend from a radially outer periphery 23 of the annular disc 15.
  • the upper studs 16 and the lower studs 17 do not protrude radially from the annular disc.
  • the upper studs 16 and the lower studs 17 come from the same material as the annular disc 15.
  • the annular disc 15, the upper studs 16 and the lower studs 17 thus form a single piece.
  • the upper studs 16 and the lower studs 17 are all trapezoidal in shape.
  • Each upper stud 16 and each lower stud 17 have a radially outer cylindrical surface and have a radially inner cylindrical surface.
  • the radially outer surfaces of the upper studs 16 are contiguous with the radially outer surface of the annular disc 15 and the radially inner surfaces of the lower studs 17 are contiguous with the radially inner surface of the annular disc 15.
  • each lower stud 17 has the same shape and are uniformly distributed in the circumferential direction.
  • Each lower stud 17 has an exterior angular opening pi whose value is between 0.5*(polar pitch) and 0.95*(polar pitch) and an interior angular opening P2 whose value is between 0.5*( not polar) and 0.95*(not polar).
  • pi and P2 are equal.
  • all the upper studs 16 have the same shape and are uniformly distributed in the circumferential direction.
  • Each upper stud 16 has an exterior angular opening P3 whose value is between 0.5* (polar pitch) and 0.95* (polar pitch) and an interior angular opening P4 whose value is between 0.5*(polar pitch) and 0.95*(polar pitch).
  • P4 is larger than P2.
  • the upper studs widen radially inwards.
  • the annular disk 15 is hollow.
  • the annular disk is mounted on a rotor shaft, not shown, for example fitted or shrink-fitted.
  • the annular disk has an exterior radius Rext whose value is between 10 cm and 40cm, preferably between 10cm and 20cm, in particular 15cm and an interior radius Rint whose value is between 0.1 *Rext and 0.75*Rext, in particular between 0.4*Rext and 0.60*Rext, for example 0.5*Rext.
  • the rotor 11 has an axial rotor dimension, the value Lz of which can be between 2cm and 10cm, in particular between 3cm and 5cm, for example 3.6cm.
  • the annular disc 15 also has an axial thickness ez1 whose value is between 0.25*Lz and 0.4*Lz.
  • each upper stud 16 and each lower stud 17 has an identical axial dimension ez2 whose value is between 0.5*Lz and 0.75*Lz.
  • the electrical machine 10 has an upper radial air gap 25 between the upper studs 16 and the rotor winding 20 of between 0.1 mm and 1 mm.
  • the electrical machine 10 has a lower radial air gap 26 between the lower studs 17 and the rotor winding 20 of between 0.1 mm and 1 mm.
  • the electrical machine has an axial air gap of between 0.1 mm and 1 mm between the rotor winding and the annular disk.
  • stator 12 In the example considered, the rotor disk 21 and the stator can be fixed on a casing of the electrical machine 10.
  • An example of stator 12 is described with reference to Figure 6.
  • the stator 12 is fixed in rotation and comprises a plurality of stator coils 30 and a printed circuit board “PCB” 31.
  • the printed circuit board may include a plurality of PCB layers.
  • Each PCB layer comprises a plurality of coplanar stator coils 30, spaced angularly and symmetrically with respect to each other.
  • each stator coil 30 is continuous and concentric in a single plane from an outermost stator coil portion to an innermost concentric stator coil portion.
  • stator coils in adjacent PCB layers are circumferentially aligned with each other relative to the axis to define symmetrical stacks of stator coils in an axial direction.
  • each stator coil 30 is connected directly to an adjacent stator coil on the same PCB layer.
  • the rotor winding 20 can be mounted on the stator 12.
  • the rotor winding can be overmolded or soldered onto the printed circuit board 31.
  • the electric machine 10 does not have a rotor disk. .
  • the stator comprises a plurality of coils, each being wound on one of said teeth.
  • the machine can comprise a single stator 12 surrounded by two rotors 11.
  • the electrical machine 10 comprises a plurality of rotors 11, each rotor 11 being framed axially by two stators 12.
  • the rotors 11 can then comprise the upper studs 16 and the lower studs 17 on each of the two axial sides of the annular disk 15.
  • Each rotor 11 can be associated with two rotor windings 20, each rotor winding being associated with an axial side of the annular disk.

Landscapes

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

Abstract

The invention relates to an axial-flux electric machine (10) rotating about an axis of rotation (X) and comprising: - at least one rotationally mobile homopolar rotor (11) having p poles and comprising: • an annular disc (15) having an axis of symmetry coincident with the axis of rotation (X), • p/2 upper studs (16) and p/2 lower studs (17), p being an even whole number, the upper studs (16) being radially further from the axis of rotation (X) than the lower studs (17), the lower studs (17) and the upper studs (16) alternating circumferentially, - at least one concentric rotor winding (20) mounted radially between the upper studs (16) and the lower studs (17), the upper studs (16) and the lower studs (17) not axially facing the rotor winding (20), the upper studs (16) and the lower studs (17) being able to be polarized under the effect of a rotor current (Ir) circulating in the rotor winding (20) so as to form p poles of the rotor (11), and - at least one stator (12), fixed in terms of rotation, comprising at least one stator coil (30), characterized in that the rotor winding (20) is fixed in rotation.

Description

Description Description
Titre de l'invention : MACHINE ELECTRIQUE DE TRACTION A FLUX AXIAL Title of the invention: ELECTRIC AXIAL FLOW TRACTION MACHINE
Domaine technique de l’invention Technical field of the invention
L'invention concerne une machine électrique à flux axial tournante de traction pour véhicule automobile. L'invention trouve des applications particulièrement avantageuses pour la propulsion de véhicule électrique de faible puissance, notamment comprise entre 4kW et 5kW. L'invention pourra ainsi avantageusement être mise en oeuvre notamment avec les véhicules électriques à quatre roues de faible puissance ("microcars" en anglais), les véhicules à deux roues de type moto, ou les quadricycles lourds. L’invention s’applique également pour des puissances de 100 kW à 400 kW en haute tension, par exemple supérieure à 400 V. The invention relates to a rotating axial flux electric traction machine for a motor vehicle. The invention finds particularly advantageous applications for the propulsion of low-power electric vehicles, in particular between 4kW and 5kW. The invention can thus advantageously be implemented in particular with low-power four-wheel electric vehicles ("microcars" in English), two-wheeled motorcycle-type vehicles, or heavy quadricycles. The invention also applies to powers of 100 kW to 400 kW at high voltage, for example greater than 400 V.
Arrière-plan technologique Technology background
La quasi-totalité des systèmes connus pour la traction des véhicules électriques repose sur des moteurs à courant alternatif, soit synchrones à aimants permanents, soit asynchrones. Almost all known systems for the traction of electric vehicles are based on alternating current motors, either synchronous with permanent magnets or asynchronous.
On connaît également des systèmes de propulsion pour véhicules électriques à base de moteur à courant continu à balais, et à excitation séparée. La commande du moteur consiste essentiellement en un réglage de puissance sur l’induit (mode habituel de commande en vitesse d’un moteur à courant continu à balais) complété par une variation de flux continue sur l’inducteur. Une telle commande étant dépourvue d’à-coups, la prise en main est souvent considérée déconcertante, voire désagréable, par les conducteurs amateurs de conduite dynamique. Propulsion systems for electric vehicles based on brushed direct current motors and with separate excitation are also known. Motor control essentially consists of a power adjustment on the armature (usual mode of speed control of a brushed DC motor) supplemented by a continuous flux variation on the inductor. Since such a control is devoid of jerks, handling is often considered disconcerting, even unpleasant, by drivers who enjoy dynamic driving.
Il est connu de JP 2019 129638 A, de CN 105 356 701 B et de CN 202 856 578 U des induits de machine électrique à flux axial comprenant des enroulements polyphasés de puissance, à courant alternatif où s'effectue la conversion électromécanique d'énergie. It is known from JP 2019 129638 A, CN 105 356 701 B and CN 202 856 578 U axial flux electrical machine armatures comprising polyphase power windings, alternating current where the electromechanical conversion of energy takes place .
Il est également connu de l’art antérieur, des machines électriques à flux axial dont l’inducteur et l’induit sont en vis-à-vis selon la direction axiale tel que décrit dans la demande française 1750497 déposé le 17 janvier 2017. Ces machines électriques à flux axial présentent l’avantage d’être compactes axialement. Dans cette configuration, il est connu que le rotor puisse être de type homopolaire à griffes tel qu’illustré à la figure 1 . Le rotor 1 1 décrit ici comporte un unique enroulement rotorique tournant 12 quel que soit le nombre de pôles p du rotor. Les griffes, formant les différents pôles p du rotor, sont réparties en deux groupes de polarités différentes, un premier groupe et un deuxième groupe. Les deux groupes sont alternés circonférentiellement. It is also known from the prior art, axial flux electrical machines whose inductor and armature are opposite each other in the axial direction as described in French application 1750497 filed on January 17, 2017. These Axial flux electric machines have the advantage of being axially compact. In this configuration, it is known that the rotor can be of the homopolar claw type as illustrated in Figure 1. The rotor 1 1 described here comprises a single rotating rotor winding 12 regardless of the number of poles p of the rotor. The claws, forming the different poles p of the rotor, are distributed into two groups of different polarities, a first group and a second group. The two groups are alternated circumferentially.
Le rotor 1 1 de la figure 1 comprend un disque annulaire 13 depuis lequel s’étendent les griffes. The rotor 11 of Figure 1 comprises an annular disk 13 from which the claws extend.
Chaque griffe du premier groupe, aussi appelée première griffe 14, présente une première base axiale 15 qui s’étend depuis une périphérie intérieure du disque et un premier bec de griffe d’extension radiale vers l’extérieur. Each claw of the first group, also called first claw 14, has a first axial base 15 which extends from an inner periphery of the disc and a first claw nose extending radially outwards.
Chaque griffe du deuxième groupe, aussi appelée deuxième griffe 18, présente une deuxième base axiale 19 qui s’étend depuis une périphérie extérieure du disque et un deuxième bec de griffe 20 d’extension radiale vers l’intérieur. Each claw of the second group, also called second claw 18, has a second axial base 19 which extends from an outer periphery of the disc and a second claw nose 20 extending radially towards the inside.
L’enroulement rotorique tournant 12 est monté axialement entre le disque 13 et les becs de griffes 15, 20 et radialement entre les premières bases 15 et les deuxièmes bases 19. The rotating rotor winding 12 is mounted axially between the disc 13 and the claw noses 15, 20 and radially between the first bases 15 and the second bases 19.
Les griffes sont polarisées sous l’effet du courant circulant dans l’enroulement rotorique 12 de sorte à former les p pôles du rotor. The claws are polarized under the effect of the current circulating in the rotor winding 12 so as to form the p poles of the rotor.
Une telle structure de rotor avec un enroulement rotorique tournant est néanmoins complexe à réaliser et à monter. Des étapes d’usinage des becs de griffes, de montage de l’enroulement rotorique et de mise en place des griffes rendent coûteuses ce type d’inducteur. Such a rotor structure with a rotating rotor winding is nevertheless complex to produce and assemble. Steps of machining the claw tips, mounting the rotor winding and positioning the claws make this type of inductor expensive.
Alimenter un enroulement rotorique tournant nécessite l’emploie de pièces de frottement, par exemple des bagues et des balais, pour son alimentation. Ces pièces de frottement s’usent par définition et elles doivent être remplacées. Powering a rotating rotor winding requires the use of friction parts, for example rings and brushes, for its power supply. These friction parts wear out by definition and they must be replaced.
Résumé de l’invention Summary of the invention
L’invention vise notamment à remédier efficacement aux inconvénients précités en proposant une machine électrique à flux axial tournante autour d’un axe de rotation caractérisée en ce qu’elle comprend : The invention aims in particular to effectively remedy the aforementioned drawbacks by proposing an electrical machine with axial flux rotating around an axis of rotation characterized in that it comprises:
- au moins un rotor homopolaire, mobile en rotation, à p pôles comprenant : o un disque annulaire d’axe de symétrie confondu avec l’axe de rotation, o p/2 crampons supérieurs et p/2 crampons inférieurs, p étant un nombre entier pair, les crampons supérieurs étant radialement plus éloignés de l’axe de rotation que les crampons inférieurs, les crampons inférieurs et les crampons supérieurs étant circonférentiellement alternés au moins un enroulement rotorique concentrique monté radialement entre les crampons supérieurs et les crampons inférieurs, les crampons supérieurs et les crampons inférieurs n’étant pas en regard axial de l’enroulement rotorique, les crampons supérieurs et les crampons inférieurs étant aptes à être polarisés sous l’effet d’un courant rotorique circulant dans l’enroulement rotorique de sorte à former p pôles du rotor, et - at least one homopolar rotor, movable in rotation, with p poles comprising: o an annular disk with an axis of symmetry coinciding with the axis of rotation, op/2 upper studs and p/2 lower studs, p being an even integer, the upper studs being radially further away from the axis of rotation than the lower studs, the lower studs and the upper studs being circumferentially alternated at least one concentric rotor winding mounted radially between the upper studs and the lower studs, the upper studs and the lower studs not facing axially the rotor winding, the upper studs and the lower studs being able to be polarized under the effect a rotor current circulating in the rotor winding so as to form p poles of the rotor, and
- au moins un stator, fixe en rotation, comprenant au moins une bobine statorique,- at least one stator, fixed in rotation, comprising at least one stator coil,
La machine est remarquable en ce que l’enroulement rotorique est fixe en rotation. The machine is remarkable in that the rotor winding is fixed in rotation.
La fabrication et l’assemblage du rotor sont simplifiés et moins coûteux par rapport à l’art antérieur illustré. L’ensemble composé du disque annulaire et des crampons ne présente pas de zone en contre-dépouille qui en complexifie la fabrication, avec notamment un besoin d’usinage. The manufacturing and assembly of the rotor are simplified and less expensive compared to the prior art illustrated. The assembly made up of the annular disc and the crampons does not have an undercut zone which complicates its manufacturing, notably with a need for machining.
Selon un aspect de l’invention, il n’y a pas d’imbrication axiale entre le disque annulaire et les crampons d’une part et l’enroulement rotorique d’autre part. According to one aspect of the invention, there is no axial overlap between the annular disc and the studs on the one hand and the rotor winding on the other hand.
L’enroulement rotorique étant maintenant fixe en rotation, il n’est plus nécessaire de disposer de pièces de frottement pour l’alimenter en courant continu ce qui simplifie grandement la machine électrique. L’alimentation d’un enroulement fixe en rotation est plus simple que l’alimentation d’un enroulement mobile en rotation. The rotor winding now being fixed in rotation, it is no longer necessary to have friction parts to supply it with direct current, which greatly simplifies the electrical machine. Powering a fixed rotating winding is simpler than powering a movable rotating winding.
La machine électrique présente des performances sensiblement identiques, par rapport à une machine identique comprenant un rotor selon la figure 1 . The electric machine has substantially identical performances, compared to an identical machine comprising a rotor according to the figure 1.
Les crampons inférieurs et les crampons supérieurs sont circonférentiellement alternés lorsqu’un crampon inférieur est encadré angulairement par deux crampons supérieurs, sans prise en compte de la hauteur radiale. The lower studs and the upper studs are circumferentially alternated when a lower stud is angularly framed by two upper studs, without taking into account the radial height.
Un disque au sens de l’invention, désigne une plaque circulaire ou non. Un disque peut par exemple être à contour polygonal. A disk within the meaning of the invention designates a circular plate or not. A disk can for example have a polygonal outline.
Selon un aspect de l’invention, l’enroulement rotorique est en regard axial du disque annulaire dans une des deux directions axiales. Selon un aspect de l’invention, les crampons forment les pôles du rotor lorsque l’enroulement rotorique est alimenté. Chaque pôle comprend un seul et unique crampon. According to one aspect of the invention, the rotor winding faces the annular disk axially in one of the two axial directions. According to one aspect of the invention, the studs form the poles of the rotor when the rotor winding is powered. Each pole includes a single crampon.
Selon un aspect de l’invention, les crampons inférieurs s’étendent depuis une périphérie radialement intérieure du disque annulaire. According to one aspect of the invention, the lower studs extend from a radially inner periphery of the annular disc.
Selon un aspect de l’invention les crampons supérieurs s’étendent depuis une périphérie radialement extérieure du disque annulaire. According to one aspect of the invention, the upper studs extend from a radially outer periphery of the annular disc.
Selon un aspect de l’invention, les crampons supérieurs et les crampons inférieurs forment une seule pièce de même matière avec le disque annulaire. Cela permet de réduire le nombre d'opérations lors de l’assemblage et simplifie le process. Le disque annulaire, les crampons supérieurs et les crampons inférieurs forment une pièce d’un seul tenant. According to one aspect of the invention, the upper studs and the lower studs form a single piece of the same material with the annular disc. This reduces the number of operations during assembly and simplifies the process. The annular disc, the upper studs and the lower studs form a single piece.
Selon un aspect de l’invention, les crampons supérieurs et les crampons inférieurs sont de forme trapézoïdale. Chaque crampon supérieur et chaque crampon inférieur présentent une surface radialement extérieure cylindrique. Chaque crampon supérieur et chaque crampon inférieur présentent une surface radialement intérieure cylindrique. According to one aspect of the invention, the upper studs and the lower studs are trapezoidal in shape. Each upper stud and each lower stud have a cylindrical radially outer surface. Each upper stud and each lower stud have a cylindrical radially interior surface.
Selon un aspect de l’invention, les crampons supérieurs et les crampons inférieurs ne dépassent pas radialement du disque annulaire. According to one aspect of the invention, the upper studs and the lower studs do not protrude radially from the annular disc.
Selon un aspect de l’invention, tous les crampons supérieurs et tous les crampons inférieurs associés audit enroulement rotorique sont d’un même côté axial du disque annulaire. According to one aspect of the invention, all the upper studs and all the lower studs associated with said rotor winding are on the same axial side of the annular disc.
Selon un aspect de l’invention, au moins un des crampons supérieurs et des crampons inférieurs peut présenter un insert recevant un aimant. L’aimant permet d’augmenter l’intensité du champ du rotor. L’insert peut être borgne, notamment dans la direction radiale, notamment dans la direction axiale, notamment dans la direction axiale et la direction axiale. According to one aspect of the invention, at least one of the upper studs and the lower studs may have an insert receiving a magnet. The magnet increases the field intensity of the rotor. The insert may be blind, in particular in the radial direction, in particular in the axial direction, in particular in the axial direction and the axial direction.
Selon un aspect de l’invention, tous les crampons supérieurs et tous les crampons inférieurs présentent un aimant. According to one aspect of the invention, all the upper studs and all the lower studs have a magnet.
Selon un aspect de l’invention, p est compris entre deux et trente-deux, notamment entre quatre et seize. Le rotor présente un pas polaire égal à 2*TT/P, exprimé en radians. According to one aspect of the invention, p is between two and thirty-two, in particular between four and sixteen. The rotor has a polar pitch equal to 2*TT/P, expressed in radians.
Selon un aspect de l’invention, les crampons inférieurs sont aptes à tous présenter la même polarité et les crampons supérieurs sont aptes à tous présenter la même polarité opposée à la polarité des crampons inférieurs. Tous les crampons inférieurs peuvent présenter la même forme. Tous les crampons inférieurs peuvent être répartis uniformément dans la direction circonférentielle. According to one aspect of the invention, the lower studs are able to all have the same polarity and the upper studs are able to all have the same polarity opposite to the polarity of the lower studs. All lower studs can have the same shape. All the bottom cleats can be evenly distributed in the circumferential direction.
Selon un aspect de l’invention, chaque crampon inférieur présente une ouverture angulaire extérieure. La valeur de l’ouverture angulaire extérieure des crampons inférieurs pi peut être comprise entre 0,5*(pas polaire) et 0,95*(pas polaire). According to one aspect of the invention, each lower stud has an external angular opening. The value of the external angular opening of the lower studs pi can be between 0.5*(polar pitch) and 0.95*(polar pitch).
Selon un aspect de l’invention, chaque crampon inférieur présente une ouverture angulaire intérieure. La valeur de l’ouverture angulaire intérieure des crampons inférieurs P2 peut être comprise entre 0,5*(pas polaire) et 0,95*(pas polaire). Pour les crampons inférieurs, l’ouverture angulaire extérieure peut être plus grande ou égale à l’ouverture angulaire intérieure. Les crampons inférieurs peuvent s’élargir radialement vers l’extérieur. According to one aspect of the invention, each lower stud has an interior angular opening. The value of the interior angular opening of the lower studs P2 can be between 0.5*(polar pitch) and 0.95*(polar pitch). For lower studs, the exterior angular opening may be greater than or equal to the interior angular opening. The lower studs can expand radially outwards.
Tous les crampons supérieurs peuvent présenter la même forme. Tous les crampons supérieurs peuvent être répartis uniformément dans la direction circonférentielle. All upper crampons can have the same shape. All upper studs can be evenly distributed in the circumferential direction.
Selon un aspect de l’invention, chaque crampon supérieur présente une ouverture angulaire extérieure. La valeur de l’ouverture angulaire extérieure des crampons supérieurs P3 peut être comprise entre 0,5*(pas polaire) et 0,95*(pas polaire). According to one aspect of the invention, each upper stud has an external angular opening. The value of the external angular opening of the upper crampons P3 can be between 0.5*(polar pitch) and 0.95*(polar pitch).
Selon un aspect de l’invention, chaque crampon supérieur présente une ouverture angulaire intérieure. La valeur de l’ouverture angulaire intérieure des crampons supérieurs P4 peut être comprise entre 0,5*(pas polaire) et 0,95*(pas polaire). Pour les crampons supérieurs, l’ouverture angulaire intérieure peut être est plus grande ou égale à l’ouverture angulaire supérieure. Les crampons supérieurs peuvent s’élargir vers radialement l’intérieur. According to one aspect of the invention, each upper stud has an interior angular opening. The value of the interior angular opening of the upper studs P4 can be between 0.5*(polar pitch) and 0.95*(polar pitch). For upper crampons, the interior angular opening may be greater than or equal to the upper angular opening. The upper studs can expand radially inward.
Selon un aspect de l’invention, le disque annulaire peut être creux. According to one aspect of the invention, the annular disk can be hollow.
Selon un aspect de l’invention, le disque annulaire est monté sur un arbre de rotor. Le disque annulaire est par exemple emmanché ou fretté. According to one aspect of the invention, the annular disk is mounted on a rotor shaft. The annular disc is for example fitted or shrink-fitted.
Selon un aspect de l’invention, le disque annulaire présente un rayon extérieur. La valeur du rayon extérieur Rext peut être comprise entre 10 cm et 40cm, de préférence entre 10cm et 20cm, notamment 15cm. According to one aspect of the invention, the annular disk has an exterior radius. The value of the exterior radius Rext can be between 10 cm and 40 cm, preferably between 10 cm and 20 cm, in particular 15 cm.
Selon un aspect de l’invention, le disque annulaire présente un rayon intérieur. La valeur du rayon intérieur Rint peut être comprise entre 0,1 *Rext et 0,75*Rext, notamment entre 0,4*Rext et 0,60*Rext, par exemple 0,5*Rext. Selon un aspect de l’invention, les surfaces radialement extérieures des crampons supérieurs sont contigües de la surface radialement extérieure du disque annulaire. According to one aspect of the invention, the annular disk has an interior radius. The value of the interior radius Rint can be between 0.1 *Rext and 0.75*Rext, in particular between 0.4*Rext and 0.60*Rext, for example 0.5*Rext. According to one aspect of the invention, the radially exterior surfaces of the upper studs are contiguous with the radially exterior surface of the annular disc.
Selon un aspect de l’invention, les surfaces radialement intérieures des crampons inférieurs sont contigües de la surface radialement intérieure du disque annulaire. According to one aspect of the invention, the radially interior surfaces of the lower studs are contiguous with the radially interior surface of the annular disc.
Selon un aspect de l’invention, le rotor présente une dimension axiale de rotor, dont la valeur Lz peut être comprise entre 2cm et 10cm, notamment entre 3cm et 5cm, par exemple 3,6cm. Le disque annulaire présente une épaisseur axiale. La valeur de l’épaisseur axiale du disque annulaire ez1 peut être comprise entre 0,25*Lz et 0,4*Lz. According to one aspect of the invention, the rotor has an axial rotor dimension, the value Lz of which can be between 2cm and 10cm, in particular between 3cm and 5cm, for example 3.6cm. The annular disc has an axial thickness. The value of the axial thickness of the annular disc ez1 can be between 0.25*Lz and 0.4*Lz.
Selon un aspect de l’invention, chaque crampon supérieur et chaque crampon inférieur présente une dimension axiale. Cette dimension axiale peut être identique pour chacun des crampons supérieurs et chacun des crampons inférieurs. La valeur de cette dimension axiale ez2 peut être comprise entre 0,5*Lz et 0,75*Lz. According to one aspect of the invention, each upper stud and each lower stud has an axial dimension. This axial dimension can be identical for each of the upper studs and each of the lower studs. The value of this axial dimension ez2 can be between 0.5*Lz and 0.75*Lz.
Selon un aspect de l’invention, la machine électrique présente un entrefer radial supérieur entre les crampons supérieurs et l’enroulement rotorique compris entre 0.1 mm et 1 mm. According to one aspect of the invention, the electric machine has a greater radial air gap between the upper studs and the rotor winding of between 0.1 mm and 1 mm.
Selon un aspect de l’invention, la machine électrique présente un entrefer radial inférieur entre les crampons inférieurs et l’enroulement rotorique compris entre 0.1 mm et 1 mm. According to one aspect of the invention, the electric machine has a lower radial air gap between the lower studs and the rotor winding of between 0.1 mm and 1 mm.
Selon un aspect de l’invention, la machine électrique présente un entrefer axial entre l’enroulement rotorique et le disque annulaire. L’entrefer radial peut être compris entre 0,1 mm et 1 mm. According to one aspect of the invention, the electric machine has an axial air gap between the rotor winding and the annular disk. The radial air gap can be between 0.1 mm and 1 mm.
Selon un aspect de l’invention, l’enroulement rotorique est monté sur le stator. Les parties fixes de la machine sont ainsi mutualisées ce qui évitent de prévoir une pièce fixe dédiée à l’enroulement rotorique. According to one aspect of the invention, the rotor winding is mounted on the stator. The fixed parts of the machine are thus shared, which avoids the need for a fixed part dedicated to the rotor winding.
Selon un aspect de l’invention, la machine électrique comprend un unique enroulement rotorique. According to one aspect of the invention, the electric machine comprises a single rotor winding.
Selon un aspect de l’invention, la machine électrique peut comprendre une pluralité d’enroulements rotoriques alimentés en parallèle. According to one aspect of the invention, the electric machine can comprise a plurality of rotor windings powered in parallel.
Selon un aspect de l’invention, la machine électrique comprend un carter. L’enroulement rotorique est porté par un disque rotorique, le disque rotorique et le stator sont fixés sur le carter. Selon un aspect de l’invention, Le disque rotorique est une pièce indépendante du stator. Le disque rotorique peut être amagnétique. According to one aspect of the invention, the electric machine comprises a casing. The rotor winding is carried by a rotor disk, the rotor disk and the stator are fixed on the casing. According to one aspect of the invention, the rotor disk is a part independent of the stator. The rotor disk may be non-magnetic.
Selon un aspect de l’invention, le stator comprend une carte à circuit imprimé « PCB ». La carte à circuit imprimé peut comprendre au moins une couche PCB comprenant la bobine statorique. According to one aspect of the invention, the stator comprises a printed circuit board “PCB”. The printed circuit board may include at least one PCB layer including the stator coil.
Selon un aspect de l’invention, la carte à circuit imprimé "PCB" peut comprendre une pluralité de couches PCB. According to one aspect of the invention, the printed circuit board "PCB" may comprise a plurality of PCB layers.
Selon un aspect de l’invention, chaque couche PCB comportant une pluralité de bobines statoriques. Ces bobines statoriques peuvent être coplanaires et espacées angulairement et symétriquement les unes par rapport aux autres. According to one aspect of the invention, each PCB layer comprising a plurality of stator coils. These stator coils can be coplanar and spaced angularly and symmetrically with respect to each other.
Selon un aspect de l’invention, chaque bobine statorique est continue et concentrique dans un seul plan depuis une partie de bobine statorique la plus à l'extérieur jusqu'à une partie de bobine statorique concentrique la plus à l'intérieur. According to one aspect of the invention, each stator coil is continuous and concentric in a single plane from an outermost stator coil portion to an innermost concentric stator coil portion.
Selon un aspect de l’invention, les bobines statoriques dans des couches PCB adjacentes sont alignées de manière circonférentielle les unes avec les autres par rapport à l'axe pour définir des piles symétriques de bobines statoriques dans une direction axiale. According to one aspect of the invention, stator coils in adjacent PCB layers are circumferentially aligned with each other relative to the axis to define symmetrical stacks of stator coils in an axial direction.
Selon un aspect de l’invention, chaque bobine statorique inclut une première borne sur le bord extérieur de la bobine, une seconde borne au centre de la bobine statorique. According to one aspect of the invention, each stator coil includes a first terminal on the outer edge of the coil, a second terminal in the center of the stator coil.
Selon un aspect de l’invention, chaque bobine statorique peut être reliée directement à une bobine statorique adjacente sur la même couche PCB. Chaque bobine statorique peut être reliée directement à une bobine statorique correspondante sur une autre couche PCB. According to one aspect of the invention, each stator coil can be connected directly to an adjacent stator coil on the same PCB layer. Each stator coil can be connected directly to a corresponding stator coil on another PCB layer.
Selon un aspect de l’invention, chaque bobine statorique a uniquement deux bornes, chaque bobine étant continue et ininterrompue entre ses deux seules bornes. According to one aspect of the invention, each stator coil has only two terminals, each coil being continuous and uninterrupted between its two terminals alone.
Selon un aspect de l’invention, l’enroulement rotorique est fixé sur la carte à circuit imprimé, par exemple surmoulé. According to one aspect of the invention, the rotor winding is fixed on the printed circuit board, for example overmolded.
Selon un aspect de l’invention, le stator comprenant une pluralité de dents, la bobine statorique étant enroulée autour desdites dents. According to one aspect of the invention, the stator comprising a plurality of teeth, the stator coil being wound around said teeth.
Selon un aspect de l’invention, le stator comprend une pluralité de bobines statoriques, chacune étant enroulée sur une desdites dents. Selon un aspect de l’invention, l’enroulement rotorique est parcouru par le courant rotorique, continu, et en ce que la au moins une bobine statorique est parcourue par un système de courant statorique polyphasé. According to one aspect of the invention, the stator comprises a plurality of stator coils, each being wound on one of said teeth. According to one aspect of the invention, the rotor winding is traversed by the direct rotor current, and in that the at least one stator coil is traversed by a polyphase stator current system.
Le courant rotorique ne change pas de signe et sert principalement à fixer le niveau de flux. On note que l’enroulement rotorique n’est pas parcouru par un système de courant polyphasé en fonctionnement normal. The rotor current does not change sign and is mainly used to set the flux level. Note that the rotor winding is not traversed by a polyphase current system in normal operation.
Selon un aspect de l’invention, l’enroulement rotorique est relié électriquement à un dispositif de commande. Le dispositif de commande peut comprendre une pluralité d’interrupteurs commandables afin de faire varier de façon continu le courant dans l’enroulement Les interrupteurs peuvent être des Mosfets et/ou des diodes. Les interrupteurs commandables peuvent être disposé selon un pont en H. According to one aspect of the invention, the rotor winding is electrically connected to a control device. The control device may include a plurality of controllable switches in order to continuously vary the current in the winding. The switches may be Mosfets and/or diodes. The controllable switches can be arranged in an H-bridge.
Selon un aspect de l’invention, chaque rotor est encadré axialement par deux stators. Le rotor peut comprendre des p/2 crampons supérieurs et p/2 crampons inférieurs sur chacun des deux côtés axiaux du disque annulaire. According to one aspect of the invention, each rotor is framed axially by two stators. The rotor may include p/2 upper studs and p/2 lower studs on each of the two axial sides of the annular disc.
Selon un aspect de l’invention, chaque rotor peut être associé à deux enroulements rotoriques, chaque enroulement rotorique étant associé à un côté axial du disque annulaire. According to one aspect of the invention, each rotor can be associated with two rotor windings, each rotor winding being associated with an axial side of the annular disk.
Selon un aspect de l’invention, chaque stator est encadré axialement par deux rotors. Les deux rotors peuvent être associés au même stator. According to one aspect of the invention, each stator is framed axially by two rotors. The two rotors can be associated with the same stator.
Selon un aspect de l’invention, la machine électrique peut présenter une puissance nominale mécanique comprise entre 4 kW et 35 kW, étant par exemple de 4 kW, 8 kW, 15 kW, 25 kW ou 35 kW, ou la machine électrique peut présenter une puissance nominale mécanique comprise entre 40kW et 400kW, étant par exemple de 40kW, 80 kW, 100 kW, 150 kW, 180 kW, 200 kW, 300kW ou 400 kW. According to one aspect of the invention, the electric machine can have a nominal mechanical power of between 4 kW and 35 kW, being for example 4 kW, 8 kW, 15 kW, 25 kW or 35 kW, or the electric machine can have a nominal mechanical power of between 40kW and 400kW, being for example 40kW, 80 kW, 100 kW, 150 kW, 180 kW, 200 kW, 300 kW or 400 kW.
Cette machine électrique tournante peut être alimentée électriquement depuis une unité de stockage d’énergie électrique via un onduleur/redresseur, cet onduleur/redresseur permettant, selon que la machine électrique fonctionne en moteur ou en génératrice, de charger un réseau de bord du véhicule ou d’être électriquement alimenté depuis ce réseau. This rotating electric machine can be electrically powered from an electrical energy storage unit via an inverter/rectifier, this inverter/rectifier allowing, depending on whether the electric machine operates as a motor or generator, to charge an on-board network of the vehicle or to be electrically powered from this network.
La tension nominale de l’unité de stockage d’énergie électrique peut être de 12 V, 48 V ou avoir une autre valeur, par exemple une autre valeur supérieure à 300 V. L'invention a également pour objet un véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte une machine électrique tournante telle que précédemment définie pour propulser ledit véhicule. The nominal voltage of the electrical energy storage unit may be 12 V, 48 V or have another value, for example another value greater than 300 V. The invention also relates to a motor vehicle characterized in that it comprises a rotating electric machine as previously defined to propel said vehicle.
Selon une réalisation, la machine électrique de traction est implantée sur un essieu arrière entre une roue et un différentiel dudit véhicule automobile. En variante, la machine électrique pourra être implantée directement dans la roue du véhicule dans un montage de type "moteur-roue". According to one embodiment, the electric traction machine is installed on a rear axle between a wheel and a differential of said motor vehicle. Alternatively, the electric machine could be installed directly in the wheel of the vehicle in a “wheel-motor” type assembly.
Selon un aspect de l’invention, le véhicule automobile peut être un véhicule à traction purement électrique. Selon un aspect de l’invention le véhicule peut être un véhicule à traction hybride. A la fois thermique et électrique. According to one aspect of the invention, the motor vehicle can be a purely electric traction vehicle. According to one aspect of the invention, the vehicle can be a hybrid traction vehicle. Both thermal and electric.
Selon un aspect de l’invention, le véhicule automobile peut être un véhicule utilitaire électrique ou un camion léger. La machine électrique selon l’invention, de type axial, permet d’obtenir une puissance massique supérieure et puissance continue supérieure aux machines électriques selon l’art antérieur. Cette machine électrique est adaptée à des profils de roulage des véhicules utilitaire transportant des charges et nécessitant des puissances électriques continues. According to one aspect of the invention, the motor vehicle can be an electric utility vehicle or a light truck. The electric machine according to the invention, of the axial type, makes it possible to obtain a higher specific power and a higher continuous power than the electric machines according to the prior art. This electric machine is suitable for the driving profiles of utility vehicles carrying loads and requiring continuous electrical power.
Brève description des figures Brief description of the figures
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. The invention will be better understood on reading the following description and examining the accompanying figures. These figures are given for illustrative purposes only but in no way limit the invention.
Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. Identical, similar or analogous elements retain the same reference from one figure to another.
La [Fig. 1 ] est une vue en perspective d’un exemple d’un rotor selon l’art antérieur. [Fig. 1] is a perspective view of an example of a rotor according to the prior art.
La [Fig. 2] est une vue schématique d’un exemple de véhicule automobile selon la présente invention. [Fig. 2] is a schematic view of an example of a motor vehicle according to the present invention.
La [Fig. 3] est une vue éclatée en perspective d’un exemple de machine électrique selon l’invention. [Fig. 3] is an exploded perspective view of an example of an electrical machine according to the invention.
La [Fig. 4] est une vue en perspective d’un rotor de la machine électrique de la figure 3. [Fig. 4] is a perspective view of a rotor of the electric machine of Figure 3.
La [Fig. 5] est une vue de face du rotor et de l’enroulement rotorique de la figure 3. La [Fig. 6] est une vue de face d’un exemple de stator de la machine électrique selon l’invention. [Fig. 5] is a front view of the rotor and the rotor winding of Figure 3. [Fig. 6] is a front view of an example of a stator of the electric machine according to the invention.
Description détaillée de l’invention Detailed description of the invention
La figure 2 illustre un véhicule automobile selon un exemple de l’invention comportant une machine électrique 10 tournante selon un exemple de l’invention. Figure 2 illustrates a motor vehicle according to an example of the invention comprising a rotating electric machine 10 according to an example of the invention.
Dans l’exemple considéré, le véhicule automobile est un véhicule électrique EV comprenant des roues 3 et la machine électrique 10. La machine électrique est configurée pour entraîner au moins indirectement au moins une des roues 3. Le véhicule comprend une batterie d'alimentation haute tension B, de préférence une batterie rechargeable, pour fournir de l'énergie électrique à la machine. La batterie B est par exemple d’alimentation haute tension, notamment supérieure à 60V. La batterie peut être également une batterie basse tension, notamment 48V. In the example considered, the motor vehicle is an electric vehicle EV comprising wheels 3 and the electric machine 10. The electric machine is configured to drive at least indirectly at least one of the wheels 3. The vehicle comprises a high power battery voltage B, preferably a rechargeable battery, to provide electrical energy to the machine. Battery B is for example a high voltage supply, in particular greater than 60V. The battery can also be a low voltage battery, in particular 48V.
Dans l’exemple considéré, la machine électrique 10 permet de mouvoir seule le véhicule EV et est implantée sur un essieu arrière 2 entre une roue arrière 3 et un différentiel. En variante, la machine électrique 10 pourra être implantée sur l'essieu avant, non représenté. En variante encore, la machine électrique 10 pourra être implantée dans au moins une roue 3. On utilise notamment une machine électrique 10 dans chaque roue arrière 3. In the example considered, the electric machine 10 makes it possible to move the vehicle EV alone and is installed on a rear axle 2 between a rear wheel 3 and a differential. Alternatively, the electric machine 10 could be installed on the front axle, not shown. As a further variant, the electric machine 10 could be installed in at least one wheel 3. In particular, an electric machine 10 is used in each rear wheel 3.
Dans l’exemple décrit, la machine électrique 10 comprend au moins un rotor, au moins un enroulement rotorique et au moins un stator. Ceux-ci qui seront décrit plus en détail en lien avec les figures suivantes. In the example described, the electric machine 10 comprises at least one rotor, at least one rotor winding and at least one stator. These will be described in more detail in connection with the following figures.
Dans l’exemple décrit, le stator est alimenté via un onduleur/redreusseur I configuré pour convertir une tension continue (DC) issue de la batterie B en une tension alternative (AC) afin de piloter la machine électrique 10. Le stator est parcouru par un système de courant statorique Is polyphasé, notamment triphasée. In the example described, the stator is powered via an inverter/rectifier I configured to convert a direct voltage (DC) from the battery B into an alternating voltage (AC) in order to control the electrical machine 10. The stator is traversed by a polyphase stator current system Is, in particular three-phase.
Dans l’exemple considéré, l’enroulement rotorique est également alimenté par la batterie B par un courant rotorique Ir continu. L’enroulement rotorique est relié électriquement à la batterie B. In the example considered, the rotor winding is also powered by the battery B by a continuous rotor current Ir. The rotor winding is electrically connected to battery B.
Dans l’exemple considéré, l’enroulement rotorique est apte à générer de manière continue un courant rotorique de zéro à une valeur maximale afin de faire varier le flux rotor In the example considered, the rotor winding is capable of continuously generating a rotor current from zero to a maximum value in order to vary the rotor flux
Dans l’exemple considéré, le courant rotorique Ir est indépendant du courant statorique Is. La figure 3 décrit maintenant en détail un exemple de machine à flux axial 10 selon l’invention pouvant équiper le véhicule décrit à la figure 2. La machine électrique est à flux axial et tournante autour d’un axe X de rotation. In the example considered, the rotor current Ir is independent of the stator current Is. Figure 3 now describes in detail an example of an axial flux machine 10 according to the invention which can be fitted to the vehicle described in Figure 2. The electrical machine is axial flux and rotates around an axis X of rotation.
Dans l’exemple considéré, le rotor 1 1 est homopolaire, est mobile en rotation et présente p pôles. Le rotor 11 comprend un disque annulaire 15 d’axe de symétrie confondu avec l’axe X. In the example considered, the rotor 1 1 is homopolar, is movable in rotation and has p poles. The rotor 11 comprises an annular disk 15 with an axis of symmetry coinciding with the axis X.
Dans l’exemple considéré, le rotor 11 comprend également p/2 crampons supérieurs 16 et p/2 crampons inférieurs 17. Les crampons supérieurs 16 sont radialement plus éloignés de l’axe X que les crampons inférieurs 17. In the example considered, the rotor 11 also includes p/2 upper studs 16 and p/2 lower studs 17. The upper studs 16 are radially further away from the axis X than the lower studs 17.
Les crampons inférieurs 17 et les crampons supérieurs 16 sont circonférentiellement alternés. Chaque crampon inférieur 17 est encadré angulairement par deux crampons supérieurs 16, sans prise en compte de la hauteur radiale. The lower studs 17 and the upper studs 16 are circumferentially alternate. Each lower stud 17 is angularly framed by two upper studs 16, without taking into account the radial height.
P est un nombre entier pair. P est compris entre deux et trente-deux. Ici seize. Le rotor 11 présente un pas polaire égal à 2*Pi /p soit pour TT/8 radians pour une polarité de 8, soit .22,5 degrés. P is an even integer. P is between two and thirty-two. Sixteen here. The rotor 11 has a polar pitch equal to 2*Pi /p or for TT/8 radians for a polarity of 8, or .22.5 degrees.
Dans l’exemple considéré, la machine électrique 10 comprend au moins un enroulement rotorique 20 concentrique monté radialement entre les crampons supérieurs 16 et les crampons inférieurs 17. Les crampons supérieurs 16 et les crampons inférieurs 17 ne sont pas en regard axial de l’enroulement rotorique 20. In the example considered, the electric machine 10 comprises at least one concentric rotor winding 20 mounted radially between the upper studs 16 and the lower studs 17. The upper studs 16 and the lower studs 17 do not face axially the winding rotor 20.
Dans l’exemple considéré, les crampons supérieurs 16 et les crampons inférieurs 17 sont polarisés sous l’effet du courant rotorique Ir circulant dans l’enroulement rotorique 20 de sorte à former les seize pôles du rotor 1 1. Les crampons inférieurs 17 présentent tous la même polarité et les crampons supérieurs 16 présentent tous la même polarité opposée à la polarité des crampons inférieurs 17. In the example considered, the upper studs 16 and the lower studs 17 are polarized under the effect of the rotor current Ir circulating in the rotor winding 20 so as to form the sixteen poles of the rotor 11. The lower studs 17 all have the same polarity and the upper studs 16 all have the same polarity opposite to the polarity of the lower studs 17.
Chacun des seize pôles de la machine électrique 10 comprend un seul et unique crampon parmi les crampons supérieurs 16 et les crampons inférieurs 17. Each of the sixteen poles of the electric machine 10 comprises a single stud among the upper studs 16 and the lower studs 17.
Dans l’exemple considéré, l’enroulement rotorique 20 est fixe en rotation. L’enroulement rotorique 20 est porté par un disque rotorique 21 lui-même fixe en rotation qui est une pièce indépendante du stator. Dans une variante non représentée, l’enroulement rotorique est monté sur le stator. Il n’y pas de disque rotorique dédié à la fixation de l’enroulement rotorique. In the example considered, the rotor winding 20 is fixed in rotation. The rotor winding 20 is carried by a rotor disk 21 itself fixed in rotation which is an independent part of the stator. In a variant not shown, the rotor winding is mounted on the stator. There is no rotor disk dedicated to fixing the rotor winding.
Dans l’exemple considéré, l’enroulement rotorique 20 est unique. In the example considered, the rotor winding 20 is unique.
Dans l’exemple considéré, il n’y a pas d’imbrication axiale entre le disque annulaire et les crampons d’une part et l’enroulement rotorique d’autre part. L’enroulement rotorique 20 est en regard axial du disque annulaire 15 dans une des deux directions axiales, c’est-à-dire selon l’axe X. T ous les crampons supérieurs 16 et tous les crampons inférieurs 17 associés à l’enroulement rotorique sont d’un même côté axial du disque annulaire 15. In the example considered, there is no axial overlap between the annular disc and the studs on the one hand and the rotor winding on the other hand. The rotor winding 20 faces axially the annular disc 15 in one of the two axial directions, that is to say along the axis X. All the upper studs 16 and all the lower studs 17 associated with the winding rotor are on the same axial side of the annular disk 15.
Dans l’exemple considéré, les crampons inférieurs 17 s’étendent depuis une périphérie radialement intérieure 22 du disque annulaire 15 et les crampons supérieurs 16 s’étendent depuis une périphérie radialement extérieure 23 du disque annulaire 15. Les crampons supérieurs 16 et les crampons inférieurs 17 ne dépassent pas radialement du disque annulaire. In the example considered, the lower studs 17 extend from a radially inner periphery 22 of the annular disc 15 and the upper studs 16 extend from a radially outer periphery 23 of the annular disc 15. The upper studs 16 and the lower studs 17 do not protrude radially from the annular disc.
Dans l’exemple considéré, les crampons supérieurs 16 et les crampons inférieurs 17 viennent de matière avec le disque annulaire 15. Le disque annulaire 15, les crampons supérieurs 16 et les crampons inférieurs 17 forment ainsi une pièce d’un seul tenant. In the example considered, the upper studs 16 and the lower studs 17 come from the same material as the annular disc 15. The annular disc 15, the upper studs 16 and the lower studs 17 thus form a single piece.
Dans l’exemple considéré, les crampons supérieurs 16 et les crampons inférieurs 17 sont tous de forme trapézoïdale. Chaque crampon supérieur 16 et chaque crampon inférieur 17 présentent une surface radialement extérieure cylindrique et présente une surface radialement intérieure cylindrique. Les surfaces radialement extérieures des crampons supérieurs 16 sont contigües de la surface radialement extérieure du disque annulaire 15 et les surfaces radialement intérieures des crampons inférieurs 17 sont contigües de la surface radialement intérieure du disque annulaire 15. In the example considered, the upper studs 16 and the lower studs 17 are all trapezoidal in shape. Each upper stud 16 and each lower stud 17 have a radially outer cylindrical surface and have a radially inner cylindrical surface. The radially outer surfaces of the upper studs 16 are contiguous with the radially outer surface of the annular disc 15 and the radially inner surfaces of the lower studs 17 are contiguous with the radially inner surface of the annular disc 15.
Dans l’exemple considéré, tous les crampons inférieurs 17 présentent la même forme et sont répartis uniformément dans la direction circonférentielle. Chaque crampon inférieur 17 présente une ouverture angulaire extérieure pi dont la valeur est comprise entre 0,5*(pas polaire) et 0,95*(pas polaire) et une ouverture angulaire intérieure P2 dont la valeur est comprise entre 0,5*(pas polaire) et 0,95*(pas polaire). Ici pi et P2 sont égales. In the example considered, all the lower studs 17 have the same shape and are uniformly distributed in the circumferential direction. Each lower stud 17 has an exterior angular opening pi whose value is between 0.5*(polar pitch) and 0.95*(polar pitch) and an interior angular opening P2 whose value is between 0.5*( not polar) and 0.95*(not polar). Here pi and P2 are equal.
Dans l’exemple considéré, tous les crampons supérieurs 16 présentent la même forme et sont répartis uniformément dans la direction circonférentielle. Chaque crampon supérieur 16 présente une ouverture angulaire extérieure P3 dont la valeur est comprise entre 0,5*(pas polaire) et 0,95*(pas polaire) et une ouverture angulaire intérieure P4 dont la valeur est comprise entre 0,5*(pas polaire) et 0,95*(pas polaire). Ici P4 est plus grande que P2. Les crampons supérieurs s’élargissent radialement vers l’intérieur. In the example considered, all the upper studs 16 have the same shape and are uniformly distributed in the circumferential direction. Each upper stud 16 has an exterior angular opening P3 whose value is between 0.5* (polar pitch) and 0.95* (polar pitch) and an interior angular opening P4 whose value is between 0.5*(polar pitch) and 0.95*(polar pitch). Here P4 is larger than P2. The upper studs widen radially inwards.
Dans l’exemple considéré, le disque annulaire 15 est creux. Le disque annulaire est monté sur un arbre de rotor, non représenté, par exemple emmanché ou fretté. In the example considered, the annular disk 15 is hollow. The annular disk is mounted on a rotor shaft, not shown, for example fitted or shrink-fitted.
Dans l’exemple considéré, le disque annulaire présente un rayon extérieur Rext dont la valeur est comprise entre 10 cm et 40cm, de préférence entre 10cm et 20cm, notamment 15cm et un rayon intérieur Rint dont la valeur est comprise entre 0,1 *Rext et 0,75*Rext, notamment entre 0,4*Rext et 0,60*Rext, par exemple 0,5*Rext. In the example considered, the annular disk has an exterior radius Rext whose value is between 10 cm and 40cm, preferably between 10cm and 20cm, in particular 15cm and an interior radius Rint whose value is between 0.1 *Rext and 0.75*Rext, in particular between 0.4*Rext and 0.60*Rext, for example 0.5*Rext.
Dans l’exemple considéré, le rotor 1 1 présente une dimension axiale de rotor, dont la valeur Lz peut être comprise entre 2cm et 10cm, notamment entre 3cm et 5cm, par exemple 3,6cm. Le disque annulaire 15 présente également une épaisseur axiale ez1 dont la valeur est comprise entre 0,25*Lz et 0,4*Lz. In the example considered, the rotor 11 has an axial rotor dimension, the value Lz of which can be between 2cm and 10cm, in particular between 3cm and 5cm, for example 3.6cm. The annular disc 15 also has an axial thickness ez1 whose value is between 0.25*Lz and 0.4*Lz.
Dans l’exemple considéré, chaque crampon supérieur 16 et chaque crampon inférieur 17 présente une dimension axiale ez2 identique dont la valeur est comprise entre 0,5*Lz et 0,75*Lz. In the example considered, each upper stud 16 and each lower stud 17 has an identical axial dimension ez2 whose value is between 0.5*Lz and 0.75*Lz.
Dans l’exemple considéré, la machine électrique 10 présente un entrefer radial supérieur 25 entre les crampons supérieurs 16 et l’enroulement rotorique 20 compris entre 0.1 mm et 1 mm. In the example considered, the electrical machine 10 has an upper radial air gap 25 between the upper studs 16 and the rotor winding 20 of between 0.1 mm and 1 mm.
Dans l’exemple considéré, la machine électrique 10 présente un entrefer radial inférieur 26 entre les crampons inférieurs 17 et l’enroulement rotorique 20 compris entre 0.1 mm et 1 mm. In the example considered, the electrical machine 10 has a lower radial air gap 26 between the lower studs 17 and the rotor winding 20 of between 0.1 mm and 1 mm.
Dans l’exemple considéré, la machine électrique présente un entrefer axial compris entre 0,1 mm et 1 mm entre l’enroulement rotorique et le disque annulaire. In the example considered, the electrical machine has an axial air gap of between 0.1 mm and 1 mm between the rotor winding and the annular disk.
Dans l’exemple considéré, le disque rotorique 21 et le stator peuvent être fixés sur un carter de la machine électrique 10. Un exemple de stator 12 est décrit en référence à la figure 6. In the example considered, the rotor disk 21 and the stator can be fixed on a casing of the electrical machine 10. An example of stator 12 is described with reference to Figure 6.
Dans l’exemple considéré, le stator 12 est fixe en rotation et comprend une pluralité de bobines statoriques 30 et une carte à circuit imprimé « PCB » 31 . La carte à circuit imprimé peut comprendre une pluralité de couches PCB. Chaque couche PCB comporte une pluralité de bobines statoriques 30 coplanaires, espacées angulairement et symétriquement les unes par rapport aux autres. Dans l’exemple considéré, chaque bobine statorique 30 est continue et concentrique dans un seul plan depuis une partie de bobine statorique la plus à l'extérieur jusqu'à une partie de bobine statorique concentrique la plus à l'intérieur. In the example considered, the stator 12 is fixed in rotation and comprises a plurality of stator coils 30 and a printed circuit board “PCB” 31. The printed circuit board may include a plurality of PCB layers. Each PCB layer comprises a plurality of coplanar stator coils 30, spaced angularly and symmetrically with respect to each other. In the example considered, each stator coil 30 is continuous and concentric in a single plane from an outermost stator coil portion to an innermost concentric stator coil portion.
Dans l’exemple considéré, les bobines statoriques dans des couches PCB adjacentes sont alignées de manière circonférentielle les unes avec les autres par rapport à l'axe pour définir des piles symétriques de bobines statoriques dans une direction axiale. In the example considered, stator coils in adjacent PCB layers are circumferentially aligned with each other relative to the axis to define symmetrical stacks of stator coils in an axial direction.
Dans l’exemple considéré, chaque bobine statorique 30 est reliée directement à une bobine statorique adjacente sur la même couche PCB. In the example considered, each stator coil 30 is connected directly to an adjacent stator coil on the same PCB layer.
Dans un exemple non représenté, l’enroulement rotorique 20 peut être monté sur le stator 12. L’enroulement rotorique peut être surmoulé ou soudé sur le carte à circuit imprimé 31. Dans une telle variante, la machine électrique 10 est dépourvue de disque rotorique. In an example not shown, the rotor winding 20 can be mounted on the stator 12. The rotor winding can be overmolded or soldered onto the printed circuit board 31. In such a variant, the electric machine 10 does not have a rotor disk. .
Dans une variante non représentée, le stator comprend une pluralité de bobines, chacune étant enroulée sur une des dites dents. In a variant not shown, the stator comprises a plurality of coils, each being wound on one of said teeth.
Dans un exemple non représenté, la machine peut comprendre un unique stator 12 entouré par deux rotors 11 . In an example not shown, the machine can comprise a single stator 12 surrounded by two rotors 11.
Dans un exemple non représenté, la machine électrique 10 comprend une pluralité de rotors 1 1 , chaque rotor 11 étant encadré axialement par deux stators 12. Les rotors 11 peuvent alors comprendre les crampons supérieurs 16 et les crampons inférieurs 17 sur chacun des deux côtés axiaux du disque annulaire 15. Chaque rotor 1 1 peut être associé à deux enroulements rotoriques 20, chaque enroulement rotorique étant associé à un côté axial du disque annulaire. In an example not shown, the electrical machine 10 comprises a plurality of rotors 11, each rotor 11 being framed axially by two stators 12. The rotors 11 can then comprise the upper studs 16 and the lower studs 17 on each of the two axial sides of the annular disk 15. Each rotor 11 can be associated with two rotor windings 20, each rotor winding being associated with an axial side of the annular disk.
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. Of course, the preceding description has been given by way of example only and does not limit the field of the invention from which one would not escape by replacing the different elements with any other equivalents.
Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. Identical, similar or analogous elements retain the same reference from one figure to another.

Claims

REVENDICATIONS
1. Machine électrique (10) à flux axial tournante autour d’un axe de rotation (X) comprenant : 1. Electric machine (10) with axial flow rotating around an axis of rotation (X) comprising:
- au moins un rotor (11 ) homopolaire, mobile en rotation, à p pôles comprenant : o un disque annulaire (15) d’axe de symétrie confondu avec l’axe de rotation (X), o p/2 crampons supérieurs (16) et p/2 crampons inférieurs (17), p étant un nombre entier pair, les crampons supérieurs (16) étant radialement plus éloignés de l’axe de rotation (X) que les crampons inférieurs (17), les crampons inférieurs (16) et les crampons supérieurs (17) étant circonférentiellement alternés, au moins un enroulement rotorique (20) concentrique monté radialement entre les crampons supérieurs (16) et les crampons inférieurs (17), les crampons supérieurs (16) et les crampons inférieurs (17) n’étant pas en regard axial de l’enroulement rotorique (20), les crampons supérieurs (16) et les crampons inférieurs (17) étant aptes à être polarisés sous l’effet d’un courant rotorique (Ir) circulant dans l’enroulement rotorique (20) de sorte à former p pôles du rotor (11), et - at least one homopolar rotor (11), movable in rotation, with p poles comprising: o an annular disc (15) with an axis of symmetry coincident with the axis of rotation (X), o p/2 upper studs (16) and p/2 lower studs (17), p being an even integer, the upper studs (16) being radially further away from the axis of rotation (X) than the lower studs (17), the lower studs (16) and the upper studs (17) being circumferentially alternate, at least one concentric rotor winding (20) mounted radially between the upper studs (16) and the lower studs (17), the upper studs (16) and the lower studs (17) not facing axially the rotor winding (20), the upper studs (16) and the lower studs (17) being able to be polarized under the effect of a rotor current (Ir) circulating in the rotor winding (20) so as to form p poles of the rotor (11), and
- au moins un stator (12) , fixe en rotation, comprenant au moins une bobine statorique (30), caractérisé en ce que l’enroulement rotorique (20) est fixe en rotation. - at least one stator (12), fixed in rotation, comprising at least one stator coil (30), characterized in that the rotor winding (20) is fixed in rotation.
2. Machine électrique (10) selon la revendication précédente caractérisé en ce que les crampons inférieurs (17) s’étendent depuis la périphérie radialement intérieure (22) du disque annulaire (15) et en ce que les crampons supérieurs (16) s’étendent depuis une périphérie radialement extérieure (23) du disque annulaire (15). 2. Electric machine (10) according to the preceding claim characterized in that the lower studs (17) extend from the radially inner periphery (22) of the annular disc (15) and in that the upper studs (16) extend extend from a radially outer periphery (23) of the annular disc (15).
3. Machine électrique (10) selon l’une quelconques des revendications précédentes, la machine électrique (10) présentant un entrefer radial supérieur (25) entre les crampons supérieurs (16) et l’enroulement rotorique (20) compris entre 0.1 mm et 1 mm et un entrefer radial inférieur (26) entre les crampons inférieurs (17) et l’enroulement rotorique (20) compris entre 0.1 mm et 1 mm. 3. Electric machine (10) according to any one of the preceding claims, the electric machine (10) having an upper radial air gap (25) between the upper studs (16) and the rotor winding (20) of between 0.1 mm and 1 mm and a lower radial air gap (26) between the lower studs (17) and the rotor winding (20) of between 0.1 mm and 1 mm.
4. Machine électrique (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’enroulement rotorique (20) est monté sur le stator (12). Machine électrique (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la machine électrique (10) comprend un carter, l’enroulement rotorique (20) est porté par un disque rotorique (21 ), le disque rotorique (21) et le stator (12) étant fixés sur le carter. Machine électrique (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, le stator (12) comprenant une carte à circuit imprimé « PCB » (31), la carte à circuit imprimé (31) comprenant au moins une couche PCB comprenant ladite bobine statorique (30). Machine électrique (10) selon l’une quelconques des revendications 1 à 5, le stator comprenant une pluralité de dents, la bobine statorique étant enroulée autour desdites dents. Machine électrique (10) caractérisée en ce que l’enroulement rotorique (20) est parcouru par le courant rotorique (Ir), continu, et en ce que la au moins une bobine statorique (31) est parcourue par un système de courant polyphasé (Is). Véhicule automobile (EV)) caractérisé en ce qu'il comporte une machine électrique (10) telle que définie selon l’une quelconque des revendications précédentes pour propulser ledit véhicule. Véhicule automobile (EV) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la machine électrique est implantée sur un essieu arrière (2) entre une roue (3) et un différentiel dudit véhicule automobile (25). 4. Electric machine (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the rotor winding (20) is mounted on the stator (12). Electric machine (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the electric machine (10) comprises a casing, the rotor winding (20) is carried by a rotor disk (21), the rotor disk (21) ) and the stator (12) being fixed on the casing. Electrical machine (10) according to any one of the preceding claims, the stator (12) comprising a “PCB” printed circuit board (31), the printed circuit board (31) comprising at least one PCB layer comprising said stator coil (30). Electric machine (10) according to any one of claims 1 to 5, the stator comprising a plurality of teeth, the stator coil being wound around said teeth. Electric machine (10) characterized in that the rotor winding (20) is traversed by the rotor current (Ir), continuous, and in that the at least one stator coil (31) is traversed by a polyphase current system ( Is). Motor vehicle (EV) characterized in that it comprises an electric machine (10) as defined according to any one of the preceding claims for propelling said vehicle. Motor vehicle (EV) according to the preceding claim, characterized in that the electric machine is installed on a rear axle (2) between a wheel (3) and a differential of said motor vehicle (25).
PCT/EP2023/070335 2022-08-04 2023-07-21 Axial-flux electric traction machine WO2024028133A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2208110A FR3138741A1 (en) 2022-08-04 2022-08-04 ELECTRIC AXIAL FLOW TRACTION MACHINE
FRFR2208110 2022-08-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024028133A1 true WO2024028133A1 (en) 2024-02-08

Family

ID=83690474

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2023/070335 WO2024028133A1 (en) 2022-08-04 2023-07-21 Axial-flux electric traction machine

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3138741A1 (en)
WO (1) WO2024028133A1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202856578U (en) 2012-08-27 2013-04-03 西北工业大学 Disk-type three-phase magnetism-gathering type transverse magnetic field permanent magnetism motor for electric vehicles
EP2863524A1 (en) * 2013-10-15 2015-04-22 ABB Oy Stator for an axial flux machine and method for cooling a stator of an axial flux machine
CN105356701A (en) 2015-11-11 2016-02-24 南京理工大学 Radial-distribution three phase disk type transverse flux permanently-magnetic generator
US9997982B2 (en) * 2014-09-18 2018-06-12 Moteurs Leroy-Somer Rotating electrical machine comprising at least one stator and at least two rotors
JP2019129638A (en) 2018-01-25 2019-08-01 公益財団法人鉄道総合技術研究所 Stator, rotary electric machine, and vehicle
FR3114925A1 (en) * 2020-10-02 2022-04-08 Valeo Equipements Electriques Moteur AXIAL FLUX INDUCTOR FOR ROTATING ELECTRIC TRACTION MACHINE
CN114765388A (en) * 2020-12-31 2022-07-19 罗伯特·博世有限公司 Axial flux electric machine and stator

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202856578U (en) 2012-08-27 2013-04-03 西北工业大学 Disk-type three-phase magnetism-gathering type transverse magnetic field permanent magnetism motor for electric vehicles
EP2863524A1 (en) * 2013-10-15 2015-04-22 ABB Oy Stator for an axial flux machine and method for cooling a stator of an axial flux machine
US9997982B2 (en) * 2014-09-18 2018-06-12 Moteurs Leroy-Somer Rotating electrical machine comprising at least one stator and at least two rotors
CN105356701A (en) 2015-11-11 2016-02-24 南京理工大学 Radial-distribution three phase disk type transverse flux permanently-magnetic generator
JP2019129638A (en) 2018-01-25 2019-08-01 公益財団法人鉄道総合技術研究所 Stator, rotary electric machine, and vehicle
FR3114925A1 (en) * 2020-10-02 2022-04-08 Valeo Equipements Electriques Moteur AXIAL FLUX INDUCTOR FOR ROTATING ELECTRIC TRACTION MACHINE
CN114765388A (en) * 2020-12-31 2022-07-19 罗伯特·博世有限公司 Axial flux electric machine and stator

Also Published As

Publication number Publication date
FR3138741A1 (en) 2024-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0913914B1 (en) Double excitation electrical machine, in particular an alternator for a motor vehicle
EP1714376A1 (en) Electromagnetic coupler
FR2960359A1 (en) DOUBLE-STATOR ENGINE
EP2400636A1 (en) Alternating-current electric motor being able to be connected into the charging circuit for batteries
EP2999102A2 (en) Rotary electrical machine comprising at least one stator and at least two rotors
FR2889000A1 (en) TANDEM TYPE ROTARY ELECTRIC MACHINE FOR VEHICLE
FR2959362A1 (en) ROTOR OF ROTATING ELECTRIC MACHINE WITH INTERPOLAR STRUCTURES
EP3927621A1 (en) Electric propulsion unit for an aircraft and method for using such a propulsion unit
EP1627462B1 (en) Method of controlling a polyphase, reversible rotating electrical machine for combustion engine motor vehicles
WO2022069500A1 (en) Axial-flux inductor for a rotary electrical machine providing traction
WO2024028133A1 (en) Axial-flux electric traction machine
FR2906942A1 (en) CLUTCH ROTOR WITH INTERPOLAR FERTILIZER ELEMENTS OF OPTIMIZED WIDTH AND ROTATING MACHINE EQUIPPED WITH SUCH A ROTOR
WO2015049467A2 (en) Multiphase electric rotating machine with at least five phases
FR3008539A1 (en) ELECTROMAGNETIC ACTUATOR POLYENTREFERS WITH PERMANENT MAGNETS AND WINDING ELEMENTS WITHOUT IRON
EP1351367A1 (en) Electric machine with modular stator and /or rotor and vehicular heat exchanger incorporating this machine
WO2022003190A1 (en) Synchronous electric machine equipped with a mechanical commutator
EP3763018B1 (en) Rotating electrical machine with fractional winding
WO2022122653A1 (en) Rotating electric machine for full-wave control and with pulse-width modulation and electrical assembly
FR3098044A1 (en) Polyphase synchronous electrical machine with mechanical switch
FR3098043A1 (en) Polyphase synchronous electrical machine with mechanical switch
WO2020165252A1 (en) Mechanical-commutator polyphase synchronous electric machine
EP4113796A1 (en) Rotating electrical machine
WO2021089265A1 (en) Rotor for a rotating electrical machine
WO2023166442A1 (en) Electromagnetic motor having surface magnets
FR3092712A1 (en) Polyphase synchronous electrical machine with mechanical switch

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: 23741741

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1