WO2019073128A1 - Rotor pour moteur ou génératrice électromagnétique à rigidité diminuée - Google Patents

Rotor pour moteur ou génératrice électromagnétique à rigidité diminuée Download PDF

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WO2019073128A1
WO2019073128A1 PCT/FR2018/000234 FR2018000234W WO2019073128A1 WO 2019073128 A1 WO2019073128 A1 WO 2019073128A1 FR 2018000234 W FR2018000234 W FR 2018000234W WO 2019073128 A1 WO2019073128 A1 WO 2019073128A1
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WO
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rotor
support
magnets
disc support
rotor according
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PCT/FR2018/000234
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Loic Mayeur
Romain RAVAUD
Vasile MIHAILA
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Whylot
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2793—Rotors axially facing stators
    • H02K1/2795—Rotors axially facing stators the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2796—Rotors axially facing stators the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets where both axial sides of the rotor face a stator
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    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/28—Means for mounting or fastening rotating magnetic parts on to, or to, the rotor structures
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • the present invention relates to a rotor for an electromagnetic motor or generator with rigid axial flux reduced by a discoidal support housing magnets.
  • the invention also relates to an electromagnetic motor or generator equipped with such a rotor.
  • the present invention finds an advantageous but non-limiting application for an electromagnetic motor delivering a high power with a high rotational speed of the rotor, which is obtained by the specific characteristics of the rotor according to the present invention.
  • an engine can be used, for example, as an electromagnetic motor in a fully electric or hybrid motor vehicle.
  • the motor or the electromagnetic generator may comprise at least one rotor flanked by two stators, these elements being superimposed relative to each other by being separated by at least one gap on the same shaft.
  • the rotor comprises a body in the form of a discoidal support for magnets having two circular faces connected by a thickness, the disc being delimited between an outer ring formed by a hoop and an inner periphery delimiting a recess for a rotation shaft.
  • the magnets are each held in the disc support by holding means, an interval being left between the magnets.
  • a rotor must rotate at high rotational speeds.
  • the main disadvantage of a high rotation speed motor lies in the high probability of detachment of the rotor magnet or magnets as well as at least partial breakage of the rotor.
  • the rotor of such an engine must be able to withstand high rotational speeds.
  • the document WO-A-2017/158247 discloses a rotor of an electromagnetic motor or generator having at least one discoidal support housing a plurality of magnets, said at least one discoidal support having branches delimiting between them housing receiving each one or more magnets, a hoop surrounding a free end of each branch, the ring taking up efforts mainly due to centrifugal effects.
  • the problem underlying the present invention is to design a disc support for the support of several permanent magnets in a rotor provided with a hoop for an axial flow electromagnetic machine that can hold the permanent magnets that the machine supports effectively by preventing the magnets from detaching from the rotor while effectively compensating the centrifugal force so that the rotor can rotate at very high speeds.
  • the present invention relates to a rotor of an electromagnetic motor or generator having at least one discoidal support housing a plurality of magnets, characterized in that the at least one discoidal support comprises branches delimiting between them each receiving one or more magnets, a hoop surrounding a free end of each branch taking up the forces mainly due to the centrifugal effects, characterized in that the disc support has at least one area of removal of material contributing to a decrease in radial rigidity discoidal support, said at least one material removal zone having at least one recess extending in the thickness of the disc support, whether or not there is a discoidal support and / or at least one groove dug in the disc support.
  • the discoid support with its branches does not form a complete disk in the absence of the magnets inserted between the branches but the shape after this insertion, hence its name of discoidal when integrated in the rotor.
  • the approach of the present invention goes in a totally opposite direction and overcomes this prejudice by proposing a discoidal support further deforming under radial forces due to centrifugal effects.
  • the present invention proposes to reduce the radial stiffness of the discoidal support and therefore of the rotor in order to allow the support to deform radially a little more and that the force mainly due to the centrifugal force refers to the hoop surrounding the disc support.
  • the removal of material in one or more zones may take different forms, for example in the form of at least one notch opening or not and / or at least one groove.
  • the important thing is that the discoid support is made more flexible radially without, of course, noticeably weakening its mechanical resistance by weakening it locally.
  • the stress in the disc support is actually diminished. This makes it possible either to increase the speed of rotation of the rotor or to choose a material for the rotor which is less resistant and therefore less expensive.
  • a recess and / or groove size not exceeding a maximum size should be designed which could create a zone of least resistance for the disc support.
  • each branch of the disc support carries several recesses opening or not, that is to say blind or non-blind recesses, the recesses extending successively in a length of their associated branch. The recesses are separated by enough material of the branch to not break it.
  • the recesses extend from 30 to 80% of the length of their associated branch. This depends on the mechanical strength of the material of the discoid medium. The higher this resistance, the more it is possible to insert blind or non-blind recesses.
  • the inner ring carries at least one groove concentric with an axis of rotation of the rotor completely surrounding the axis of rotation.
  • the removal of material then has a symmetry of revolution about the axis of rotation of the rotor and the disc support which is favorable to the rotational equilibrium of the disc support.
  • said at least one groove occupies from 10 to 70% of the surface of the inner ring. It can be considered grooves of great width and small depth as grooves of small width and great depth.
  • the dimensions of the groove or grooves depend on the mechanical strength properties of the material of the discoidal support.
  • each housing delimited by branches receives a three-dimensional magnet structure consisting of a plurality of unitary magnets, the magnet structure including at least one mesh having meshes each delimiting a gap for a respective unitary magnet, each interstice having sufficient internal dimensions sufficient to allow insertion of a unitary magnet into its interior while leaving a space between the gap and the unit magnet filled with a fiber-reinforced resin, the meshes being made of insulating material reinforced with fibers.
  • the purpose of this optional embodiment is to break down one or more magnets in a rotor according to the state of the art into a plurality of small or micro-magnets.
  • a magnet of large dimensions is subject to eddy current losses greater than its equivalent in small or micro-magnets.
  • the use of small magnets or micro-magnets therefore reduces these losses which are detrimental to the operation of the rotor.
  • the magnet rotor placed in interstices or cells of the present invention is designed to reduce losses in the rotor with fastening means for holding the magnets and to overcome the effect of the centrifugal force at very high speed.
  • the cracking of a relatively large magnet is often the reason for a malfunction of an electromagnetic actuator.
  • the present invention intends to avoid this damage by the presence of a plurality of unit magnets smaller than the magnet they replace.
  • said at least one mesh is in the form of a honeycomb having interstices hexagonal section.
  • a honeycomb mesh is known to enhance the strength of an element, in this case a magnet structure.
  • the unit magnets are inserted in hexagonal interstices which ensure their maintenance.
  • the walls of the interstices serve as electrical insulators and the density of the interstices in the magnet structure with multiple unit magnets can be considerably increased.
  • the honeycomb mesh may be of fiber reinforced insulating composite material.
  • a layer of non-conductive composite coats the unit magnets and the mesh, the composite layer comprising reinforcing fibers such as glass fibers or plastic fibers.
  • the discoidal support is inserted between two cover discs, the cover discs being bonded to respective faces of the discoidal support, the discoidal support, the two cover discs and the band being of composite material.
  • the invention relates to an electromagnetic motor or generator with an axial flow characterized in that it comprises at least one such rotor, the motor or the electromagnetic generator comprising at least one stator carrying at least one winding, the motor or the electromagnetic generator comprising one or more air gaps between said at least one rotor and said at least one stator.
  • the motor or the electromagnetic machine comprises at least one rotor associated with two stators.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an exploded view of a rotor intended for an axial flow electromagnetic machine according to a first embodiment of the present invention, a single magnet being inserted between two adjacent branches of a support. discoidal magnets,
  • FIG. 2 is a schematic representation of a view of an embodiment of a discoidal support forming part of the rotor according to the present invention, the discoidal support being at this figure surrounded by a hoop,
  • FIG. 3 is a schematic representation of a view of an embodiment of a discoidal support forming part of the rotor according to the present invention, the discoidal support being represented without being associated with a hoop and without magnets inserted between the branches. ,
  • FIG. 4 is a schematic representation of an exploded view of a rotor for an axial flow electromagnetic machine according to a second embodiment of the present invention, a magnet structure comprising a plurality of magnets being inserted between each branch of the discoidal support.
  • the present invention relates to a rotor of an electromagnetic motor or generator having at least one discoidal support 6, 6a housing a plurality of magnets 3.
  • Discoidal support 6, 6a may for example be a discoidal support 6, 6a on each side of the rotor for a rotor is axial flow.
  • Discoidal support 6, 6a has a complete disc shape only when magnets 3 are inserted between branches that support 6, 6a has.
  • Said at least one disc support 6, 6a comprises branches 6a delimiting between them housing each receiving a magnet 3 or more magnets.
  • the branches 6a are carried by an inner ring 6 forming part of the disc support 6, 6a.
  • each magnet 3 housed between two branches 6a is a respective unit 3 composed of a mesh or honeycomb structure 9a receiving unitary magnets 8, the mesh 9a comprising interstices 9, each unitary magnet 8 being inserted into a gap 9 or respective cell.
  • the present invention relates to a rotor of a motor or an electromagnetic generator having at least one disc support 6, 6a housing a plurality of magnets 3.
  • said at least one disc support 6, 6a comprises branches 6a delimiting between them housing each receiving one or more magnets 3.
  • the disc support 6, 6a has at least one material removal zone 7, 7a contributing to a reduction in the radial rigidity of the disc support 6, 6a, a hoop 5 surrounding a free end of each branch 6a, resuming for its efforts mainly due to centrifugal effects.
  • the material removal zone or zones 7, 7a may be in the form of a groove, notch or recess 7a opening or not through the disc support 6, 6a.
  • the material removal zone or zones may have at least one recess 7a extending in the thickness of the discoidal support 6, 6a, while opening or not opening discoidal support 6, 6a and / or at least one groove 7a. dug in the disc support 6, 6a, in particular in its inner peripheral ring. This is visible particularly in Figures 2 and 3.
  • the at least one opening 7a or recess may be carried by each branch 6a of the disc support 6, 6a and / or said at least one groove 7a may be carried by the inner ring 6 of the disc support 6, 6a, the inner ring 6 being secured with an end opposite to the free end of each branch 6a.
  • Each branch 6a may carry a plurality of openings 7a or not, the recesses 7a extending successively in a length of their associated branch 6a. It is advantageous for the number of recesses 7a carried by each of the branches to be the same for all the branches 6a for a question of equilibrium of the disc support 6, 6a.
  • FIG. 2 and 3 there is shown three recesses 7a per branch, the recesses 7a extending in the length of their branch while being separated by the material of the branches.
  • the recesses 7a may extend from 30 to 80% of the length of their associated branch 6a.
  • the inner ring 6 of the disc support 6, 6a may carry at least one groove 7a concentric with an axis of rotation of the rotor completely surrounding the axis of rotation.
  • the groove or grooves 7a may occupy from 10 to 70% of the surface of the inner ring 6 of the disc support 6, 6a.
  • the rotor is an axial flow, thus intended for an axial flow motor or generator.
  • said at least one discoidal support 6, 6a is of discoidal shape and partially hollow with branches 6a extending substantially radially or inclined in radial direction between an inner periphery in the form of an inner ring 6 internally defining a passage for a rotation shaft of the rotor and an outer periphery formed by a hoop 5 disposed all around the disc support 6, 6a.
  • the branches 6a may be inclined with respect to the rotor rotation shaft as are propeller blades and have a widening width further away from the center of the disc support 6, 6a.
  • the branches may have their free end with an axially curved edge towards the inside of the disc support 6, 6a in order to form axial abutments for magnet end portions or a magnet structure 3 for retaining the magnets 3 against a centrifugal force in addition to the hoop 5.
  • said at least one disc support 6, 6a can be covered on at least one face by a cover disc 1 as axial retention means for consolidating the rotor. This can be done on the two opposite sides by a respective cover disc 1.
  • the cover discs 1 are glued against a respective face of the disc support 6, 6a. It may be taken care not to fill the areas of removal of material 7, 7a during the bonding of the cover discs 1.
  • Reference 2 represents an adhesive disc for each cover disc 1.
  • a single magnet 3 can be inserted between two adjacent branches 6a of the disc support 6, 6a.
  • the outline of the single magnet 3 is glued by a bead of adhesive 4 against the two adjacent branches 6a.
  • each magnet unit 3 housed between two adjacent branches 6a may be composed of a honeycomb structure or mesh 9a that may comprise interstices 9 or cells passing through or not on each face of the device.
  • Each of the unitary magnets 8 housed in a respective gap 9 can thus emerge on each face of the disc support 6, 6a.
  • each housing delimited by branches 6a can receive a three-dimensional magnet structure 3 made up of a plurality of unitary magnets 8, the magnet structure 3 integrating at least one 9a mesh. having meshes each delimiting a gap 9 or a cell for a respective unit magnet 8.
  • Each interstice 9 may have sufficient internal dimensions sufficient to allow insertion of a unitary magnet 8 into its interior while leaving a space between the gap 9 and the unitary magnet 8 filled with a fiber-reinforced resin, the meshes being made of fiber reinforced insulation material.
  • This optional but nonlimiting embodiment is to replace one or more magnets 3 of large size by a plurality of unitary magnets 8. There is therefore a creation of magnetic flux by a multitude of unitary magnets 8 whose number is at least 20 and may even exceed 100 per magnet pole.
  • a rotor of the state of the art could comprise from 1 to 5 magnets while the present invention in this preferred but non-limiting embodiment can provide many more small magnets.
  • the Unit magnets 8 according to the present invention can be inserted into the respective interstices 9 by a robot.
  • the unit magnets 8 in the context of the present invention may have a dimension of 3 mm.
  • said at least one mesh 9a is in the form of a honeycomb having interstices 9 of hexagonal section.
  • a honeycomb mesh 9a is known to reinforce the resistance of an element, in this case a discoidal support 6, 6a and its magnet structures 3 composed of unitary magnets 8.
  • the unitary magnets 8 are inserted in 9 hexagonal interstices that ensure their maintenance.
  • the walls of the interstices 9 can serve as electrical insulation and the density of the interstices 9 in the mesh 9a can be considerably increased.
  • the honeycomb mesh may be of fiber reinforced insulating composite material.
  • Each unitary magnet 8 may be in the form of an elongate pad penetrating eh length in its associated gap 9 extending according to the thickness of the discoidal support 6, 6a.
  • the elongate pad may be cylindrical or in the form of a polyhedron with at least one plane longitudinal face and, when the said at least one mesh 9a is in the form of a honeycomb, each pad may have a longitudinal face of hexagonal shape .
  • Unit magnets 8 and their respective gaps 9 may be of variable shape with their poles oriented in parallel or divergent directions.
  • the dimensions of the interstices 9 may differ from one interstice 9 to another.
  • the interstices 9 may not necessarily be hexagonal, although this is preferred.
  • a non-conductive composite layer may coat the unit magnets 8 and the mesh 9a, the composite layer comprising reinforcing fibers such as glass fibers or plastic fibers.
  • the discoidal support 6, 6a, the two cover discs 1 bonded around the disc support 6, 6a and the hoop 5 can be made of composite material or material plastic.
  • the invention also relates to an axial flow electromagnetic motor or generator comprising at least one such rotor.
  • the engine or generator electromagnetic may comprise at least one stator carrying at least one coil, the motor or the electromagnetic generator comprising one or more air gaps between said at least one rotor and said at least one stator.
  • the motor or the electromagnetic generator may comprise at least one rotor associated with two stators.
  • Each stator may comprise a magnetic circuit associated with a winding.
  • the stator may have teeth or notches open or closed.
  • a carcass protects the motor or the electromagnetic generator.
  • the stators can be connected in series or in parallel. Shifting a stator at an angle to one another, combined with the shape of the notches and the shape of the magnets reduces the torque variation and the detent torque.
  • the motor or electromagnetic generator can operate at very high speeds with or without a gearbox.
  • the engine or the generator may comprise at least two stators connected in series or in parallel or at least two rotors.
  • the rotor may comprise a rotation shaft extending perpendicularly to the circular faces of the rotor through the two stators.
  • the rotor can be carried by at least two bearings, with a bearing associated with a respective stator to allow its rotation relative to the stators.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un rotor d'un moteur ou d'une génératrice électromagnétique présentant au moins un support discoïdal (6, 6a) logeant une pluralité d'aimants (3), caractérisé en ce que ledit au moins un support discoïdal (6, 6a) comporte des branches (6a) délimitant entre elles des logements recevant chacun un ou plusieurs aimants (3), le support discoïdal (6, 6a) présentant au moins une zone d'enlèvement de matière (7, 7a) contribuant à une diminution d'une rigidité radiale du support discoïdal (6, 6a), une frette (5) entourant une extrémité libre de chaque branche (6a), la frette (5) reprenant des efforts principalement dus aux effets centrifuges.

Description

« Rotor pour moteur ou génératrice électromagnétique à rigidité diminuée»
La présente invention concerne un rotor pour moteur ou génératrice électromagnétique à flux axial à rigidité diminuée d'un support discoïdal logeant des aimants. L'invention concerne aussi un moteur ou une génératrice électromagnétique équipé d'un tel rotor.
La présente invention trouve une application avantageuse mais non limitative pour un moteur électromagnétique délivrant une forte puissance avec une vitesse de rotation du rotor élevée, ce qui est obtenu par les caractéristiques spécifiques du rotor selon la présente invention. Un tel moteur peut être utilisé, par exemple, comme moteur électromagnétique dans un véhicule automobile totalement électrique ou hybride.
Avantageusement mais non limitativement, le moteur ou la génératrice électromagnétique peut comprendre au moins un rotor encadré par deux stators, ces éléments pouvant se superposer les uns par rapport aux autres en étant séparés par au moins un entrefer sur un même arbre.
Dans des applications à haute vitesse, il est nécessaire d'avoir une très bonne tenue mécanique de la partie tournante, c'est-à-dire le rotor, afin d'améliorer la fiabilité du système.
Pour une machine électromagnétique à flux axial, le rotor comporte un corps sous forme d'un support discoïdal pour des aimants présentant deux faces circulaires reliées par une épaisseur, le disque étant délimité entre une couronne externe formée par une frette et une périphérie interne délimitant un évidement pour un arbre de rotation.
Les aimants sont chacun maintenus dans le support discoïdal par des moyens de maintien, un intervalle étant laissé entre les aimants.
Un rotor doit tourner à des vitesses de rotation élevées. Le principal désavantage d'un moteur à forte vitesse de rotation réside dans la probabilité élevée de détachement de l'aimant ou des aimants du rotor ainsi que de casse au moins partielle du rotor. Le rotor d'un tel moteur doit donc être apte à supporter des vitesses de rotation élevées.
L'état de la technique pousse l'homme du métier à rigidifier le support discoïdal de l'aimant ou des aimants pour combattre la force centrifuge. Ceci requiert un matériau spécifique pour le support discoïdal et d'augmenter son encombrement en l'épaississant afin que le support discoïdal soit plus rigide.
Ceci n'a pas donné entière satisfaction car le moteur ou la génératrice ainsi doté d'un support discoïdal a un poids plus élevé de même qu'un prix de fabrication augmenté.
Le document WO-A-2017/158247 décrit un rotor d'un moteur ou d'une génératrice électromagnétique présentant au moins un support discoïdal logeant une pluralité d'aimants, ledit au moins un support discoïdal comportant des branches délimitant entre elles des logements recevant chacun un ou plusieurs aimants, une frette entourant une extrémité libre de chaque branche, la frette reprenant des efforts principalement dus aux effets centrifuges. Il en va de même pour le document FR-A-3 027 468.
Ces deux documents ne décrivent aucun enlèvement de matière mais plutôt un ajout de matière, notamment par la présence d'un tenon. Les ajouts de matière décrits dans ces deux documents se font dans un sens axial au rotor et ne peuvent pas agir sur la rigidité du rotor radialement.
Le problème à la base de la présente invention est de concevoir un support discoïdal pour le support de plusieurs aimants permanents dans un rotor muni d'une frette pour une machine électromagnétique à flux axial qui puisse maintenir les aimants permanents que la machine supporte de manière efficace en évitant aux aimants de se détacher du rotor tout en compensant la force centrifuge de manière efficace afin que le rotor puisse tourner à des vitesses très élevées.
A cet effet la présente invention concerne un rotor d'un moteur ou d'une génératrice électromagnétique présentant au moins un support discoïdal logeant une pluralité d'aimants, caractérisé en ce que ledit au moins un support discoïdal comporte des branches délimitant entre elles des logements recevant chacun un ou plusieurs aimants, une frette entourant une extrémité libre de chaque branche reprenant les efforts principalement dus aux effets centrifuges, caractérisé en ce que le support discoïdal présente au moins une zone d'enlèvement de matière contribuant à une diminution de la rigidité radiale du support discoïdal, ladite au moins une zone d'enlèvement de matière présentant au moins un évidement s'étendant dans l'épaisseur du support discoïdal en débouchant ou non du support discoïdal et/ou au moins une rainure creusée dans le support discoïdal. Le support discoïdal avec ses branches ne forme pas un disque complet en l'absence des aimants insérés entre les branches mais le forme après cette insertion, d'où son appellation de discoïdal quand intégré dans le rotor.
La démarche de l'état de la technique pour réaliser un rotor pouvant tourner à très haute vitesse était de rigidifier le rotor pour qu'il puisse résister à des forces centrifuges élevées.
La démarche de la présente invention va dans une direction totalement contraire et vainc ce préjugé en proposant un support discoïdal se déformant davantage sous des efforts radiaux dus aux effets centrifuges. La présente invention propose de diminuer la rigidité radiale du support discoïdal et donc du rotor afin de laisser le support se déformer radialement un peu plus et que l'effort principalement dû à la force centrifuge se reporte sur la frette entourant le support discoïdal.
L'enlèvement de matière dans une ou des zones peut prendre différentes formes, par exemple sous forme d'au moins une entaille débouchante ou non et/ou d'au moins une rainure. L'important est que le support discoïdal soit rendu plus flexible radialement sans bien sûr affaiblir notoirement sa résistance mécanique en le fragilisant localement.
Une plus grande charge, créée par les aimants dans chaque logement lors de la rotation du rotor, est dirigée vers la frette. La contrainte dans le support discoïdal s'en trouve de fait amoindrie. Ceci permet, soit d'augmenter la vitesse de rotation du rotor, soit de choisir un matériau pour le rotor moins résistant et donc moins cher.
II convient de concevoir une taille d'évidement et/ou de rainure ne dépassant pas une taille maximale qui pourrait créer une zone de moindre résistance pour le support discoïdal.
Avantageusement, ledit au moins un évidement débouchant ou non est porté par chaque branche du support discoïdal et/ou ladite au moins une rainure est portée par une couronne interne du support discoïdal solidarisé avec une extrémité opposée à l'extrémité libre de chaque branche. Une répartition en symétrie de révolution de l'évidement ou des évidements et de la rainure ou des rainures est très avantageuse pour ne pas créer de déséquilibre lors de la rotation du support discoïdal. Avantageusement, chaque branche porte plusieurs évidements débouchant ou non, c'est-à-dire des évidements borgnes ou non borgnes, les évidements s'étendant successivement dans une longueur de leur branche associée. Les évidements sont séparés par suffisamment de matière de la branche pour ne pas la faire casser.
Avantageusement, les évidements s'étendent de 30 à 80% de la longueur de leur branche associée. Ceci dépend de la résistance mécanique du matériau du support discoïdal. Plus cette résistance est élevée et plus il est possible d'insérer des évidements borgnes ou non borgnes.
Avantageusement, la couronne interne porte au moins une rainure concentrique à un axe de rotation du rotor entourant complètement à distance l'axe de rotation. L'enlèvement de matière présente alors une symétrie de révolution autour de l'axe de rotation du rotor et du support discoïdal qui est favorable à l'équilibre en rotation du support discoïdal.
Avantageusement, ladite au moins une rainure occupe de 10 à 70% de la surface de la couronne interne. Il peut être considéré des rainures de grande largeur et de petite profondeur comme des rainures de petite largeur et de grande profondeur. Les dimensions de la ou des rainures dépendent des propriétés de résistance mécanique du matériau du support discoïdal.
Avantageusement, chaque logement délimité par des branches reçoit une structure d'aimant en trois dimensions constituée d'une pluralité d'aimants unitaires, la structure d'aimant intégrant au moins un maillage présentant des mailles délimitant chacune un interstice pour un aimant unitaire respectif, chaque interstice présentant des dimensions internes justes suffisantes pour permettre une introduction d'un aimant unitaire en son intérieur tout en laissant un espace entre l'interstice et l'aimant unitaire rempli par une résine renforcée de fibres, les mailles étant en matériau isolant renforcé de fibres.
Le but de ce mode de réalisation optionnelle est de décomposer un ou des aimants dans un rotor selon l'état de la technique en une pluralité de petits ou micro-aimants. Un aimant de dimensions importantes est sujet à des pertes par courants de Foucault plus importantes que son équivalent en petits ou micro-aimants. L'utilisation de petits aimants ou de micro-aimants permet donc de réduire ces pertes qui sont préjudiciables au fonctionnement du rotor.
Le rotor à aimants placés dans des interstices ou alvéoles de la présente invention est conçu de façon à réduire les pertes dans le rotor avec des moyens de solidarisation permettant de maintenir les aimants et de pallier à l'effet de la force centrifuge à très haute vitesse.
La fissuration d'un aimant relativement important est souvent la raison d'un dysfonctionnement d'un actionneur électromagnétique. La présente invention entend éviter ce dommage par la présence d'une pluralité d'aimants unitaires plus petits que l'aimant qu'ils remplacent.
Se pose alors le problème de décollement d'un aimant unitaire de son interstice. Ceci est résolu du fait du mode de collage proposé par la présente invention. L'interstice est calculé au plus juste pour bien maintenir l'aimant unitaire qu'il reçoit en ne laissant entre eux que la place suffisante pour l'injection de résine. La résine est elle-même renforcée de fibres pour avoir des caractéristiques de tenue mécanique renforcée.
Avantageusement, ledit au moins un maillage est sous forme d'un nid d'abeille présentant des interstices de section hexagonale.
Un maillage en nid d'abeille est connu pour renforcer la résistance d'un élément, dans le cas présent une structure d'aimant. Les aimants unitaires sont insérés dans des interstices hexagonaux qui assurent leur maintien. Les parois des interstices servent d'isolant électrique et la densité des interstices dans la structure d'aimant à multiples aimants unitaires peut être considérablement augmentée. Le maillage en nid d'abeille peut être en matériau composite isolant renforcé de fibres.
Avantageusement, une couche de composite non conductrice enrobe les aimants unitaires et le maillage, la couche de composite comprenant des fibres de renforcement comme des fibres de verre ou des fibres en matière plastique.
Avantageusement, le support discoïdal est inséré entre deux disques de recouvrement, les disques de recouvrement étant collés sur des faces respectives du support discoïdal, le support discoïdal, les deux disques de recouvrement et la frette étant en matériau composite.
L'invention concerne un moteur ou une génératrice électromagnétique à flux axial caractérisé en ce qu'il comprend au moins un tel rotor, le moteur ou la génératrice électromagnétique comprenant au moins un stator portant au moins un bobinage, le moteur ou la génératrice électromagnétique comprenant un ou plusieurs entrefers entre ledit au moins un rotor et ledit au moins un stator. Avantageusement, le moteur ou la machine électromagnétique comprend au moins un rotor associé à deux stators.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématique d'une vue en éclaté d'un rotor destiné à une machine électromagnétique à flux axial selon une première forme de réalisation de la présente invention, un seul aimant étant inséré entre deux branches adjacentes d'un support discoïdal des aimants,
- la figure 2 est une représentation schématique d'une vue d'un mode de réalisation d'un support discoïdal faisant partie du rotor selon la présente invention, le support discoïdal étant à cette figure entourée d'une frette,
- la figure 3 est une représentation schématique d'une vue d'un mode de réalisation d'un support discoïdal faisant partie du rotor selon la présente invention, le support discoïdal étant représenté sans être associé avec une frette et sans aimants insérés entre les branches,
- la figure 4 est une représentation schématique d'une vue en éclaté d'un rotor destiné à une machine électromagnétique à flux axial selon une deuxième forme de réalisation de la présente invention, une structure d'aimant comprenant une pluralité d'aimants étant insérée entre chaque branche du support discoïdal.
Les figures sont données à titre d'exemples et ne sont pas limitatives de l'invention. Elles constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l'invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier les dimensions des différentes pièces ne sont pas représentatives de la réalité.
En se référant à toutes les figures, la présente invention concerne un rotor d'un moteur ou d'une génératrice électromagnétique présentant au moins un support discoïdal 6, 6a logeant une pluralité d'aimants 3. Il peut par exemple y avoir un support discoïdal 6, 6a de chaque côté du rotor pour un rotor est à flux axial. Le support discoïdal 6, 6a présente une forme de disque complet uniquement quand des aimants 3 sont insérés entre des branches que le support 6, 6a comporte. Ledit au moins un support discoïdal 6, 6a comporte des branches 6a délimitant entre elles des logements recevant chacun un aimant 3 ou plusieurs aimants. Les branches 6a sont portées par une couronne interne 6 faisant partie du support discoïdal 6, 6a.
A la figure 1 , seul un aimant 3 est inséré entre deux branches 6a adjacentes du support discoïdal 6, 6a.
Par exemple à la figure 4, chaque aimant 3 logé entre deux branches 6a est une unité 3 respective composée d'un maillage ou structure alvéolaire 9a recevant des aimants unitaires 8, le maillage 9a comprenant des interstices 9, chaque aimant unitaire 8 étant inséré dans un interstice 9 ou alvéole respectif.
La présente invention concerne un rotor d'un moteur ou d'une génératrice électromagnétique présentant au moins un support discoïdal 6, 6a logeant une pluralité d'aimants 3. Selon l'invention ledit au moins un support discoïdal 6, 6a comporte des branches 6a délimitant entre elles des logements recevant chacun un ou plusieurs aimants 3. Le support discoïdal 6, 6a présente au moins une zone d'enlèvement de matière 7, 7a contribuant à une diminution de la rigidité radiale du support discoïdal 6, 6a, une frette 5 entourant une extrémité libre de chaque branche 6a, reprenant quant à elle des efforts principalement dus aux effets centrifuges.
La ou les zones d'enlèvement de matière 7, 7a peuvent être sous forme de rainure, d'entaille ou d'évidement 7a débouchant ou non à travers le support discoïdal 6, 6a.
Par exemple, la ou les zones d'enlèvement de matière peuvent présenter au moins un évidement 7a s'étendant dans l'épaisseur du support discoïdal 6, 6a en débouchant ou non du support discoïdal 6, 6a et/ou au moins une rainure 7a creusée dans le support discoïdal 6, 6a, notamment dans sa couronne périphérique interne. Ceci est visible particulièrement aux figures 2 et 3.
Le ou les évidements 7a débouchants ou non peuvent être portés par chaque branche 6a du support discoïdal 6, 6a et/ou ladite au moins une rainure 7a peut être portée par la couronne interne 6 du support discoïdal 6, 6a, la couronne interne 6 étant solidarisée avec une extrémité opposée à l'extrémité libre de chaque branche 6a. Chaque branche 6a peut porter plusieurs évidements 7a débouchants ou non, les évidements 7a s'étendant successivement dans une longueur de leur branche 6a associée. Il est avantageux que le nombre d'évidements 7a portés par chacune des branches soit le même pour toutes les branches 6a pour une question d'équilibre du support discoïdal 6, 6a.
Aux figures 2 et 3, il est montré trois évidements 7a par branche, les évidements 7a s'étendant dans la longueur de leur branche tout en étant séparés par de la matière des branches. Les évidements 7a peuvent s'étendre de 30 à 80% de la longueur de leur branche 6a associée.
La couronne interne 6 du support discoïdal 6, 6a peut porter au moins une rainure 7a concentrique à un axe de rotation du rotor entourant complètement à distance l'axe de rotation. La ou les rainures 7a peuvent occuper de 10 à 70% de la surface de la couronne interne 6 du support discoïdal 6, 6a.
Aux figures 1 et 4, dans deux formes respectives de réalisation préférentielle de l'invention, le rotor est à flux axial, donc destiné à un moteur ou génératrice à flux axial.
Dans ces deux formes de réalisation, ledit au moins un support discoïdal 6, 6a est de forme discoïdal et partiellement creux en comportant des branches 6a s'étendant sensiblement radialement ou inclinées en direction radiale entre un pourtour interne sous forme d'une couronne interne 6 délimitant intérieurement un passage pour un arbre de rotation du rotor et un pourtour externe formée par une frette 5 disposée tout autour du support discoïdal 6, 6a.
Les branches 6a peuvent être inclinées par rapport à l'arbre de rotation du rotor comme le sont des pales d'hélice et avoir une largeur grandissante plus on s'éloigne du centre du support discoïdal 6, 6a.
Les branches peuvent présenter leur extrémité libre avec un bord axialement recourbé vers l'intérieur du support discoïdal 6, 6a afin de former des butées axiales pour des portions d'extrémité d'aimant ou d'une structure d'aimant 3 permettant de retenir les aimants 3 contre une force centrifuge en complément de la frette 5.
Dans ces deux formes de réalisation, ledit au moins un support discoïdal 6, 6a peut être recouvert sur au moins une face par un disque de recouvrement 1 en tant que moyens de maintien axial de consolidation du rotor. Ceci peut se faire sur les deux faces opposées par un disque de recouvrement 1 respectif. Les disques de recouvrement 1 sont collés contre une face respective du support discoïdal 6, 6a. Il pourra être pris soin de ne pas combler les zones d'enlèvement de matière 7, 7a lors du collage des disques de recouvrement 1 . La référence 2 représente un disque de colle pour chaque disque de recouvrement 1.
Dans la première forme de réalisation préférentielle montrée à la figure 1 , un unique aimant 3 peut être inséré entre deux branches 6a adjacentes du support discoïdal 6, 6a. Le contour de l'unique aimant 3 est collé par un cordon de colle 4 contre les deux branches 6a adjacentes.
Dans la deuxième forme de réalisation préférentielle montrée à la figure 4, chaque unité 3 d'aimant logée entre deux branches 6a adjacentes peut être composée d'une structure alvéolaire ou maillage 9a pouvant comprendre des interstices 9 ou alvéoles traversants ou non sur chaque face du support discoïdal 6, 6a et logeant des aimants unitaires 8, sous forme de petits aimants. Chacun des aimants unitaires 8 logés dans un interstice 9 respectif peut donc déboucher sur chaque face du support discoïdal 6, 6a.
Ainsi, comme montré à la figure 4, chaque logement délimité par des branches 6a peut recevoir une structure d'aimant 3 en trois dimensions constituée d'une pluralité d'aimants unitaires 8, la structure d'aimant 3 intégrant au moins un maillage 9a présentant des mailles délimitant chacune un interstice 9 ou une alvéole pour un aimant unitaire 8 respectif.
Chaque interstice 9 peut présenter des dimensions internes justes suffisantes pour permettre une introduction d'un aimant unitaire 8 en son intérieur tout en laissant un espace entre l'interstice 9 et l'aimant unitaire 8 rempli par une résine renforcée de fibres, les mailles étant en matériau isolant renforcé de fibres.
Le but de cette forme de réalisation optionnelle mais non limitative est de remplacer un ou plusieurs aimants 3 de taille importante par une pluralité d'aimants unitaires 8. Il y a donc une création de flux magnétique par une multitude d'aimants unitaires 8 dont le nombre est d'au moins 20 et peut même dépasser 100 par pôle aimant.
Un rotor de l'état de la technique pouvait comprendre de 1 à 5 aimants alors que la présente invention dans cette forme de réalisation préférentielle mais non limitative peut prévoir beaucoup plus d'aimants de petite taille. Les aimants unitaires 8 selon la présente invention peuvent être insérés dans les interstices 9 respectives par un robot. Pour un rotor de taille moyenne, les aimants unitaires 8 dans le cadre de la présente invention peuvent avoir une dimension de 3 mm.
Avantageusement, ledit au moins un maillage 9a est sous forme d'un nid d'abeille présentant des interstices 9 de section hexagonale.
Un maillage 9a en nid d'abeille est connu pour renforcer la résistance d'un élément, dans le cas présent un support discoïdal 6, 6a et ses structures d'aimant 3 composées d'aimants unitaires 8. Les aimants unitaires 8 sont insérés dans des interstices 9 hexagonaux qui assurent leur maintien. Les parois des interstices 9 peuvent servir d'isolant électrique et la densité des interstices 9 dans le maillage 9a peut être considérablement augmentée. Le maillage en nid d'abeille peut être en matériau composite isolant renforcé de fibres.
Chaque aimant unitaire 8 peut être sous la forme d'un plot allongé pénétrant eh longueur dans son interstice 9 associé s'étendant selon l'épaisseur du support discoïdal 6, 6a. Le plot allongé peut être cylindrique ou sous forme d'un polyèdre avec au moins une face longitudinale plane et, quand ledit au moins un maillage 9a est sous forme d'un nid d'abeille, chaque plot peut présenter une face longitudinale de forme hexagonale.
Les aimants unitaires 8 et leur interstice 9 respectif peuvent être de forme variable avec leurs pôles orientés dans des directions parallèles ou divergentes. Par exemple, les dimensions des interstices 9 peuvent différer d'un interstice 9 à un autre. Les interstices 9 peuvent ne pas être obligatoirement de forme hexagonale bien que cela soit préféré.
Une couche de composite non conductrice peut enrober les aimants unitaires 8 et le maillage 9a, la couche de composite comprenant des fibres de renforcement comme des fibres de verre ou des fibres en matière plastique.
Afin d'avoir un rotor sans fer, ce qui diminue le couple de détente, le support discoïdal 6, 6a, les deux disques de recouvrement 1 collés autour du support discoïdal 6, 6a et la frette 5 peuvent être en matériau composite ou en matériau plastique.
L'invention concerne aussi un moteur ou génératrice électromagnétique à flux axial comprenant au moins un tel rotor. Le moteur ou la génératrice électromagnétique peut comprendre au moins un stator portant au moins un bobinage, le moteur ou la génératrice électromagnétique comprenant un ou plusieurs entrefers entre ledit au moins un rotor et ledit au moins un stator.
De préférence, le moteur ou la génératrice électromagnétique peut comprendre au moins un rotor associé à deux stators.
Chaque stator peut comporter un circuit magnétique associé à un bobinage. Le stator peut présenter des dents ou des encoches ouvertes ou fermées. Une carcasse permet de protéger le moteur ou la génératrice électromagnétique. Les stators pouvant être connectés en série ou en parallèle. Le décalage d'un stator d'un angle l'un par rapport à l'autre, combiné à la forme des encoches et à la forme des aimants permet de réduire la variation de couple et le couple de détente.
Le moteur ou la génératrice électromagnétique peut fonctionner à des vitesses très élevées avec ou sans multiplicateur de vitesses. Le moteur ou la génératrice peut comprendre au moins deux stators connectés en série ou en parallèle ou au moins deux rotors.
Le rotor peut comprendre un arbre de rotation s'étendant perpendiculairement aux faces circulaires du rotor en traversant les deux stators. Le rotor peut être porté par au moins deux roulements, avec un roulement associé à un stator respectif pour permettre sa rotation par rapport aux stators.

Claims

REVENDICATIONS
Rotor d'un moteur ou d'une génératrice électromagnétique présentant au moins un support discoïdal (6, 6a) logeant une pluralité d'aimants (3), ledit au moins un support discoïdal (6, 6a) comportant des branches (6a) délimitant entre elles des logements recevant chacun un ou plusieurs aimants (3), une frette (5) entourant une extrémité libre de chaque branche (6a), la frette (5) reprenant des efforts principalement dus aux effets centrifuges, caractérisé en ce que le support discoïdal (6, 6a) présente au moins une zone d'enlèvement de matière (7, 7a) contribuant à une diminution de la rigidité radiale du support discoïdal (6, 6a), ladite au moins une zone d'enlèvement de matière (7, 7a) présentant au moins un évidement (7) s'étendant dans l'épaisseur du support discoïdal (6, 6a) en débouchant ou non du support discoïdal (6, 6a) et/ou au moins une rainure (7a) creusée dans le support discoïdal (6, 6a).
Rotor selon la revendication 1 , dans lequel ledit au moins un évidement (7) débouchant ou non est porté par chaque branche (6a) du support discoïdal (6, 6a) et/ou ladite au moins une rainure (7a) est portée par une couronne interne du support discoïdal (6, 6a) solidarisé avec une extrémité opposée à l'extrémité libre de chaque branche (6a).
Rotor selon la revendication 2, dans lequel chaque branche (6a) porte plusieurs évidements (7) débouchant ou non, les évidements (7) s'étendant successivement dans une longueur de leur branche (6a) associée.
Rotor selon la revendication 3, dans lequel les évidements (7) s'étendent de 30 à 80% de la longueur de leur branche (6a) associée.
Rotor selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel la couronne interne porte au moins une rainure (7a) concentrique à un axe de rotation du rotor entourant complètement à distance l'axe de rotation.
6. Rotor selon la revendication 5, dans lequel ladite au moins une rainure (7a) occupe de 10 à 70% de la surface de la couronne interne.
7. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque logement délimité par des branches (6a) reçoit une structure d'aimant (3) en trois dimensions constituée d'une pluralité d'aimants unitaires (8), la structure d'aimant (3) intégrant au moins un maillage (9a) présentant des mailles délimitant chacune un interstice (9) pour un aimant unitaire (8) respectif, chaque interstice (9) présentant des dimensions internes justes suffisantes pour permettre une introduction d'un aimant unitaire (8) en son intérieur tout en laissant un espace entre l'interstice (9) et l'aimant unitaire (8) rempli par une résine renforcée de fibres, les mailles étant en matériau isolant renforcé de fibres.
8. Rotor selon la revendication précédente, dans lequel ledit au moins un maillage (9a) est sous forme d'un nid d'abeille présentant des interstices (9) de section hexagonale.
9. Rotor selon l'une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel une couche de composite non conductrice enrobe les aimants unitaires (8) et le maillage (9a), la couche de composite comprenant des fibres de renforcement comme des fibres de verre ou des fibres en matière plastique.
10. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le support discoïdal (6, 6a) est inséré entre deux disques de recouvrement (1 ), les disques de recouvrement (1 ) étant collés sur des faces respectives du support discoïdal (6, 6a), le support discoïdal (6, 6a), les deux disques de recouvrement (1 ) et la frette (5) étant en matériau composite.
1 1. Moteur ou génératrice électromagnétique à flux axial caractérisé en ce qu'il comprend au moins un rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, le moteur ou la génératrice électromagnétique comprenant au moins un stator portant au moins un bobinage, le moteur ou la génératrice électromagnétique comprenant un ou plusieurs entrefers entre ledit au moins un rotor et ledit au moins un stator.
12. Moteur ou génératrice électromagnétique selon la revendication précédente, lequel comprend au moins un rotor associé à deux stators.
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