[go: up one dir, main page]

EP4186144A2 - Machine electrique tournante comprenant un rotor a paquets decales - Google Patents

Machine electrique tournante comprenant un rotor a paquets decales

Info

Publication number
EP4186144A2
EP4186144A2 EP21755011.0A EP21755011A EP4186144A2 EP 4186144 A2 EP4186144 A2 EP 4186144A2 EP 21755011 A EP21755011 A EP 21755011A EP 4186144 A2 EP4186144 A2 EP 4186144A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
packets
notches
rotation
equal
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP21755011.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Moustafa AL EIT
Mohand Ou Ramdane HAMITI
Jacques Saint Michel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nidec PSA Emotors SAS
Original Assignee
Nidec PSA Emotors SAS
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 Nidec PSA Emotors SAS filed Critical Nidec PSA Emotors SAS
Publication of EP4186144A2 publication Critical patent/EP4186144A2/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/03—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • H02K21/145—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures having an annular armature coil
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/06—Magnetic cores, or permanent magnets characterised by their skew
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates to rotating electrical machines, and more particularly to the rotors of such machines.
  • the invention relates in particular to the manufacture of the rotor mass of the rotor, and in particular to the configuration of the latter in the case where it is produced in several packets aligned in the axial direction, for example at least two packets.
  • Each of the packets can be offset angularly with respect to the adjacent packets (we speak of “step skew”).
  • the invention relates more particularly to synchronous or asynchronous alternating current machines. It relates in particular to traction or propulsion machines for electric (Battery Electric Vehicle) and/or hybrid (Hybrid Electric Vehicle - Plug-in Hybrid Electric Vehicle) motor vehicles, such as individual cars, vans, trucks or buses.
  • the invention also applies to rotating electrical machines for industrial and/or energy production applications, in particular naval, aeronautical or wind turbine applications.
  • Application EP 2451 049 relates to a process for assembling packets, in which the twist angle is not specified. This application does not disclose fractional winding.
  • stator has a full-pitch winding, with an offset of 1.875°.
  • stator also comprises a full-pitch winding, with twist depending on the parity of the number of packets.
  • Application US 2016/0285336 relates to a rotor comprising several packets, with a twist angle given by a particular relationship. The winding there is fractional.
  • the invention aims to meet this need and thus has as its object, according to a first of its aspects, a rotating electrical machine comprising:
  • stator comprising teeth and notches between the teeth, electrical conductors being housed in the notches, the electrical conductors forming a fractional winding or an entire winding, the number of teeth and notches Ns possibly being 45, 48 , 54, 60, 63, 72, 81, 84, and more particularly 63 or 48, and
  • a rotating electrical machine comprising:
  • stator comprising teeth and notches between the teeth, electrical conductors being housed in the notches, the electrical conductors forming a fractional winding, the number of teeth and notches Ns being in particular 63, and
  • a rotor comprising a rotor mass and permanent magnets inserted therein, the rotor mass being composed of a plurality of packages arranged consecutively along an axis of rotation of the rotor, two consecutive packages being angularly offset around the axis of rotation of the rotor by an elementary angle d, with the elementary angle d included in the following interval:
  • the harmonics to be attenuated are thus he-4, he-2, he, he+2, he+4. It is thus possible to reduce the torque ripples, and the level of vibrations in the machine, which makes it possible to reduce the resulting noise.
  • the total twist angle ⁇ t is the sum of the elementary angles d between all the consecutive bundles shifted in the same direction around the axis of rotation. If one or more packets are shifted in the other direction, their shift is not counted.
  • the total angle ⁇ t is the maximum angle obtained by taking the greatest number of consecutive packets shifted in the same direction.
  • n is meant the number of consecutive packets shifted in the same direction around the axis of rotation.
  • the rotor can have 6 poles.
  • the elementary angle d can be included in the following interval: (360/(25pn)) ⁇ d ⁇ (360/(17pn)).
  • the number of packets n is an integer strictly greater than 1, n being able to be equal to 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, this list not being exhaustive.
  • the elementary angle d can be equal to 1.5° with 4 bunches.
  • the total angle ôt can then be equal to 4.5°.
  • the elementary angle d can be equal to 3.1° with 2 packets.
  • the total angle ôt can then be equal to 3.1°.
  • the number of phases q can be equal to 3, in the case of a three-phase machine, for example.
  • b/c which is an irreducible fraction and has a positive integer.
  • b/c may equal 1 ⁇ 2.
  • the number p of pairs of poles can be a multiple of 3. Such a configuration can make it possible to have a simplified winding. Alternatively, the number p of pole pairs may not be a multiple of 3.
  • the rotor may comprise 8 poles.
  • the stator can have 60 slots and 60 teeth.
  • we can have he 15.
  • the elementary angle d can be included in the following interval: (360/(19pn)) ⁇ d ⁇ (360/(1 lpn)).
  • the number of packets n is an integer strictly greater than 1, n being able to be equal to 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, this list not being exhaustive.
  • the rotor may comprise 6 poles.
  • the stator can have 45 slots and 45 teeth.
  • the elementary angle d can be included in the following interval: (360/(19pn)) ⁇ d ⁇ (360/(1 lpn)).
  • the number of packets n is an integer strictly greater than 1, n being able to be equal to 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, this list not being exhaustive.
  • the rotor may comprise 6 poles.
  • the stator can have 81 slots and 81 teeth.
  • the elementary angle d can be included in the following interval: (360/(3 lpn)) ⁇ d ⁇ (360/(23pn)).
  • the number of packets n is an integer strictly greater than 1, n being able to be equal to 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, this list not being exhaustive.
  • the rotor can have 8 poles.
  • the stator can have 84 slots and 84 teeth.
  • the elementary angle d can be included in the following interval: (360/(25pn)) ⁇ d ⁇ (360/(17pn)).
  • the number of packets n is an integer strictly greater than 1, n being able to be equal to 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, this list not being exhaustive.
  • the invention also relates, independently or in combination with the foregoing, to a rotating electrical machine, comprising:
  • stator comprising teeth and notches between the teeth, electrical conductors being housed in the notches, the electrical conductors forming an entire winding, the number of teeth and notches being 48, and - a rotor comprising a rotor mass and permanent magnets inserted therein, the rotor mass being composed of a plurality of packages arranged consecutively along an axis of rotation of the rotor, two consecutive packages being angularly offset around the axis of rotation of the rotor by an elementary angle (d), with the elementary angle d included in the following interval:
  • the rotor can have 8 poles.
  • the machine can be three-phase.
  • the stator can have 48 slots and 48 teeth.
  • we can have he 12.
  • the elementary angle d can be included in the following interval: (360/(17pn)) ⁇ d ⁇ (360/(7pn)), and in particular in the interval 2.25 ⁇ d ⁇ 3, 21.
  • the number of packets n is an integer strictly greater than 1, n being able to be equal to 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, this list not being exhaustive.
  • Center bundle length may vary. For example, one can have a uniform length of all the bunches, or alternatively, in order to improve the magnetic balance of the rotor, one can choose the length of the central bunch to be twice the length of the side bunches. With 1 being the length of a side bundle, the length of the middle bundle le can be 1 ⁇ le ⁇ 21.
  • Noise reduction can be optimized. Choosing a twist angle in the upper part of the range can optimize the reduction of acoustic noise and thus the reduction of torque ripple, which is particularly advantageous when the machine is saturated and the The magnetic state in the n twisted bunches is different. The reduction of induced voltage harmonics is also favored, which is advantageous for facilitating control of the machine.
  • the number of slots per pole and per phase Z can be written as a positive integer.
  • the stator can have a number of slots per pole and per phase Z equal to 2.
  • the elementary angle d may depend on the number of bunches n in the rotor mass.
  • Noise reduction can be optimized. Choosing a twist angle in the upper part of the range can optimize the reduction of acoustic noise and thus the reduction of torque ripple, which is particularly advantageous when the machine is saturated and the The magnetic state in the n twisted bunches is different. The reduction of induced voltage harmonics is also favored, which is advantageous for facilitating control of the machine.
  • the number of slots per pole and per phase Z can be written as a positive integer.
  • the stator can have a number of slots per pole and per phase Z equal to 2.
  • the elementary angle d may depend on the number of bunches n in the rotor mass.
  • the elementary angle d may be equal to 2.5°, in particular with 4 bunches.
  • the total angle ⁇ t may be equal to 1.5°. Good results are thus obtained in terms of reduction of torque ripples and reduction of vibration noise level.
  • the rotor may comprise 8 poles.
  • the machine can be three-phase.
  • the stator can have 72 slots and 72 teeth.
  • we can have he 18.
  • the elementary angle d can be included in the following interval: (360/(23pn)) ⁇ d ⁇ (360/(13pn)).
  • the number of packets n is an integer strictly greater than 1, n being able to be equal to 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, this list not being exhaustive.
  • the rotor may comprise 6 poles.
  • the machine can be three-phase.
  • the stator can have 54 slots and 54 teeth.
  • we can have he 18.
  • the elementary angle d can be included in the following interval: (360/(23pn)) ⁇ d ⁇ (360/(13pn)).
  • n is an integer strictly greater than 1, n possibly being equal to 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, this list not being exhaustive.
  • the rotor may comprise 6 poles.
  • the machine can be three-phase.
  • the stator can have 72 slots and 72 teeth.
  • we can have he 24.
  • the elementary angle d can be included in the following interval: (360/(29pn)) ⁇ d ⁇ (360/(19pn)).
  • the number of packets n is an integer strictly greater than 1, n being able to be equal to 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, this list not being exhaustive.
  • the rotor mass may comprise an even number of packets.
  • the rotor mass can comprise an odd number of packets.
  • the angular offset between two consecutive bunches can be constant when moving along the axis of rotation of the rotor, or alternatively it can vary.
  • the packages of the rotor mass can all be angularly offset in the same direction around the axis of rotation of the rotor. As a variant, they can be angularly offset successively in one direction then in the other, being arranged in a V. They can be arranged in a V, being offset symmetrically with respect to a plane of symmetry perpendicular to the axis of rotation of the rotor.
  • the rotor mass may comprise a single central packet cut in two by said plane of symmetry.
  • the rotor mass can comprise two central packets separated by said plane of symmetry.
  • the two central packets may not be angularly offset relative to each other.
  • the total number of bunches can be equal to the number n of consecutive bunches shifted in the same direction around the axis of rotation, or alternatively equal to 2n, or else to 2n-1.
  • the packets of the rotor mass can be angularly offset successively in one direction and then in the other, being arranged in herringbone pattern.
  • the pressure harmonics and the noise levels can be further reduced by twisting on n bunches, in particular herringbone or V-shaped, and by multiplying this pattern r times over the length of the rotor.
  • the total number of packets nt is in this case r*n in the case of a simple twist, and r*(2*n) or r*(2*n-1) in the case of a twist in V multiplied r times.
  • All rotor packages can each have the same length or different lengths
  • two packets may have different lengths.
  • the arrangement of the bundles in the rotor mass can be such that the length of the bundles can increase and then decrease as one moves along the axis of rotation, or increase all along the rotor, or decrease all the way. along the rotor.
  • the length of the bundles may vary with a sawtooth variation as one moves along the axis of rotation.
  • the central packet or packets may have a different length from the other packets, for example a shorter or longer length.
  • the rotor may include permanent magnets inserted into the rotor mass.
  • the rotor mass may comprise rotor laminations.
  • the rotor may comprise permanent magnets, with in particular surface or buried magnets.
  • the rotor can be flux concentrating. It may comprise one or more layers of magnets arranged in an I, U or V.
  • the housings for the permanent magnets can be produced entirely by cutting in the sheets. Each sheet of the stack of sheets can be monobloc. Alternatively, it may be a wound or squirrel cage rotor, or a variable reluctance rotor.
  • the number of pairs of poles p at the rotor is for example between 1 and 24, being for example 1, 2, 3, 4, 5 or 6.
  • the diameter of the rotor may be less than 600 mm, or even less than 400 mm, better still less than 300 mm, better still less than 200 mm, and greater than 40 mm, better greater than 60 mm, being for example between 80 and 160 mm.
  • Each sheet is for example cut from a sheet of magnetic steel or sheet containing magnetic steel, for example steel 0.1 to 1.5 mm thick.
  • the sheets can be coated with an electrically insulating varnish on their opposite faces before they are assembled within the stack. Electrical insulation can still be obtained by heat treatment of the sheets, if necessary.
  • the shaft can be made of a magnetic material, which advantageously makes it possible to reduce the risk of saturation in the rotor mass and to improve the electromagnetic performance of the rotor.
  • the rotor comprises a non-magnetic shaft on which the rotor mass is arranged.
  • the shaft can be made at least in part from a material from the following list, which is not exhaustive: steel, stainless steel, titanium or any other non-magnetic material.
  • the rotor mass can in one embodiment be placed directly on the non-magnetic shaft, for example without an intermediate rim.
  • the rotor may comprise a rim surrounding the shaft of the rotor and coming to rest on the latter.
  • the rotor mass may include one or more holes to lighten the rotor, allow its balancing or for the assembly of the rotor plates constituting it. Holes can allow passage of the tie rods now integral with the sheets.
  • Sheets can be cut in a tool one after the other. They can be stacked and clipped or glued into the tool, in complete bundles or sub-bundles. The sheets can be clicked on top of each other. Alternatively, the stack of sheets can be stacked and welded outside the tool.
  • the rotor mass may have an outer contour which is circular or multi-lobed, a multi-lobed shape being useful for example to reduce torque ripples or current or voltage harmonics.
  • the rotor may comprise at least one flange which may be arranged at one end of the pack of rotor laminations. In one embodiment, the rotor comprises two flanges each disposed at one end of the pack of rotor laminations.
  • the rotor can be cantilevered or cantilevered from the bearings used to guide the shaft.
  • the machine can be used as a motor or as a generator.
  • the machine can be reluctance. It can constitute a synchronous motor or, as a variant, a synchronous generator. As a further variant, it constitutes an asynchronous machine.
  • the maximum speed of rotation of the machine can be high, being for example greater than 10,000 rpm, better still greater than 12,000 rpm, being for example of the order of 14,000 rpm to 15,000 rpm. min, or even 20,000 rpm or 24,000 rpm or 25,000 rpm.
  • the maximum speed of rotation of the machine may be less than 100,000 rpm, or even 60,000 rpm, or even even less than 40,000 rpm, better still less than 30,000 rpm.
  • the invention may be particularly suitable for high-powered machines.
  • the machine may comprise a single inner rotor or, as a variant, an inner rotor and an outer rotor, arranged radially on either side of the stator and coupled in rotation.
  • the machine can be inserted alone into a casing or inserted into a gearbox casing. In this case, it is inserted into a casing which also houses a gearbox.
  • the machine has a stator.
  • the latter comprises teeth defining notches between them.
  • the stator may comprise electrical conductors, at least some of the electrical conductors, or even a majority of the electrical conductors, which may be in the shape of a U-shaped or I-shaped hairpin.
  • the stator may comprise a stator mass comprising the aforementioned teeth and notches.
  • the notches can be at least partially closed.
  • a partially closed notch makes it possible to create an opening at the level of the air gap, which can be used for example for the establishment of electrical conductors for filling the notch.
  • a partially closed notch is in particular made between two teeth which each have pole shoes at their free end, which close the notch at least in part.
  • the notches can be completely closed.
  • “fully closed notch” is meant notches which are not open radially towards the air gap.
  • At least one notch, or even each notch can be continuously closed on the side of the air gap by a bridge of material coming in one piece with the teeth defining the notch. All the notches can be closed on the air gap side by material bridges closing the notches. The material bridges may have come in one piece with the teeth defining the notch. The stator mass then has no cutout between the teeth and the bridges of material closing the slots, and the slots are then continuously closed on the air gap side by the bridges of material coming in one piece with the teeth defining the notch.
  • the notches can also be closed on the side opposite the air gap by an added yoke or in one piece with the teeth. The notches are then not open radially outwards.
  • the stator mass may have no cutout between the teeth and the yoke.
  • each of the notches has a continuously closed contour.
  • continuously closed is meant that the notches have a continuous closed contour when viewed in cross section, taken perpendicular to the axis of rotation of the machine. You can go all the way around the notch without encountering a cutout in the stator mass.
  • the stator mass can be made by stacking magnetic laminations, the notches being made by cutting the laminations.
  • the stator mass can as a variant be produced by cutting in a mass of sintered or agglomerated magnetic powder. The closing of the slots on the side of the air gap is obtained by bridges of material coming from a single piece with the rest of the sheets or the block forming the stator mass.
  • the stator may be devoid of added magnetic shims for closing the slots. This eliminates the risk of accidental detachment of these wedges.
  • the stator may comprise coils arranged in a distributed manner in the slots, having in particular electrical conductors arranged in a row in the slots. By “distributed”, it is meant that at least one of the coils passes successively through two non-adjacent slots.
  • the electrical conductors can form a distributed winding.
  • the winding is not concentrated or wound on a tooth.
  • the electrical conductors may not be arranged in the notches loosely but in an orderly manner. They are stacked in the slots in a non-random manner, being for example arranged in rows of aligned electrical conductors.
  • the stack of electrical conductors is for example a stack according to a hexagonal network in the case of electrical conductors of circular cross-section.
  • the stator may include electrical conductors housed in the slots. Electrical conductors at least, see a majority of electrical conductors, can be in the shape of pins, U or I.
  • the pin can be U-shaped ("U-pin” in English) or straight, being in form of I ("I-pin” in English).
  • Each electrical conductor may comprise one or more strands (“wire” or “strand” in English).
  • strand we mean the most basic unit for electrical conduction.
  • a strand can be of round cross section, we can then speak of a 'thread', or flat.
  • the flat strands can be shaped into pins, for example U or I.
  • Each strand is coated with an insulating enamel.
  • the electrical conductors can form a single winding, in particular whole or fractional.
  • single winding it is meant that the electrical conductors are electrically connected together in the stator, and that the connections between the phases are made in the stator, and not outside the stator, for example in a terminal box.
  • a winding is made up of a number of phases m staggered in space in such a way that when they are supplied by a multi-phase current system, they produce a rotating field.
  • the winding can be whole or fractional in the invention.
  • the winding can be full-pitch with or without shortening, or in a fractional variant.
  • the electrical conductors form a fractional winding, in particular with a shortened pitch.
  • the number of notches of the stator can be between 18 and 96, better still between 30 and 84, being for example 18, 24, 27, 30, 36, 42, 45, 48, 54, 60, 63, 72, 81 , 92, 96, better being 48 or 60 or 63.
  • the number of poles of the stator can be between 2 and 24, or even between 4 and 12, being for example 6 or 8.
  • the combination number of notches/number of poles of the stator can be chosen from the combinations of the following list, which is not exhaustive: 30/4, 42/4, 45/6, 48/8, 63/6, 60/8, 84/8.
  • the winding can be corrugated.
  • the series connection of the electrical conductors can be done in so-called wavy winding.
  • wavy winding is meant a winding in which the electrical conductors of the same phase and of the same pole are electrically connected to each other so that, for one winding path, the electric current of the phase circulates in the electrical conductors by rotating around the axis of rotation of the machine, always in one direction.
  • the electrical conductors of the same phase and of the same pole do not overlap when observed perpendicular to the axis of rotation of the machine.
  • the winding may comprise a single winding path or several winding paths.
  • an "electrical conductor” the current of the same phase flows by way of winding.
  • winding path is meant all of the electrical conductors of the machine which are traversed by the same electric current of the same phase.
  • These electrical conductors can be connected together in series or in parallel or in series-parallel. In the case where there is a single channel, the electrical conductors are connected in series. In the case where there are several channels, the electrical conductors of each channel are connected in series, and the channels are connected in parallel. The electrical conductors can thus form a distributed winding.
  • the winding may not be concentrated or tooth wound.
  • the stator has a concentrated winding.
  • the stator may include teeth and coils disposed on the teeth.
  • the stator can thus be wound on teeth, in other words with undistributed winding.
  • the stator teeth may include pole shoes.
  • the stator teeth are devoid of pole shoes.
  • the stator may include an outer carcass surrounding the yoke.
  • the stator teeth can be made with a stack of magnetic laminations, each covered with an insulating varnish, in order to limit the losses by induced currents.
  • the invention also relates, independently or in combination with the foregoing, to a method of manufacturing a machine as defined above.
  • Figure 1 is a perspective view, schematic and partial, of a rotor made in accordance with the invention.
  • FIG 2 Fa figure 2 is a perspective view, schematic and partial, of an alternative embodiment.
  • FIG 3 Fa figure 3 is a perspective view, schematic and partial, of an alternative embodiment.
  • FIG 4 Fa figure 4 is a perspective view, schematic and partial, of an alternative embodiment.
  • FIG 5 Fa figure 5 is a perspective view, schematic and partial, of an alternative embodiment.
  • FIG 6 Fa Figure 6 is a perspective view, schematic and partial, of an alternative embodiment.
  • Figure 7 is a perspective view, schematic and partial, of an alternative embodiment.
  • Figure 8 is a perspective view, schematic and partial, of an alternative embodiment.
  • Figure 9 is a perspective view, schematic and partial, of an alternative embodiment.
  • Figure 10 is a perspective view, schematic and partial, of an alternative embodiment.
  • FIG. 1 An inner rotor 1 of a rotating electrical machine, also comprising an outer stator not shown.
  • the stator makes it possible to generate a rotating magnetic field for driving the rotor 1 in rotation, in the context of a synchronous motor, and in the case of an alternator, the rotation of the rotor induces an electromotive force in the electrical conductors of the stator .
  • the stator has teeth and notches between the teeth, electrical conductors being housed in the notches. Electrical conductors form a fractional or whole winding.
  • the number of teeth and notches Ns is for example 63 or 48.
  • the rotor 1 represented in FIG. 1 comprises a magnetic rotor mass 3 extending axially along the axis of rotation X of the rotor, this rotor mass being formed by a plurality of packets 5 arranged consecutively along the axis of rotation of the rotor X, namely two consecutive packets in the example of FIG. 1.
  • the packets are each composed of magnetic rotor laminations stacked along the X axis, the laminations being for example identical and exactly superposed.
  • the magnetic laminations are preferably made of magnetic steel. All grades of magnetic steel can be used.
  • Two consecutive bunches are angularly offset around the axis of rotation X of the rotor by an elementary angle d, as shown.
  • the elementary angle d is in the example described 1.5°.
  • the total angle here is also d.
  • the rotor mass can have an even number of packages, as shown in Figure 1.
  • the rotor mass may comprise an odd number of packages, as illustrated in FIG. 2, where the rotor comprises three packages 5, all identical, angularly offset by an angle d, all in the same direction around the axis of rotation.
  • the angular offset between two consecutive packets is here constant when moving along the axis of rotation of the rotor.
  • the total angle here is 2d.
  • the rotor comprises four packets 5, all identical, angularly offset by an angle d, all in the same direction around the axis of rotation X of the rotor.
  • the angular offset between two consecutive bunches is here constant when moving along the axis of rotation of the rotor.
  • the total angle here is 3d.
  • the packets 5 can be angularly offset successively in one direction then in the other, being arranged in a V and offset symmetrically with respect to a plane of symmetry S perpendicular to the axis of rotation X of the rotor.
  • the rotor mass may comprise a single central packet 5 cut in two by said plane of symmetry S, as illustrated in FIG. 4, with three consecutive packets 5, one of which is central.
  • nt 3
  • the total angle here is equal to the elementary angle d.
  • the rotor mass may comprise two central packets separated by said plane of symmetry S, as illustrated in FIG. 5 with four packets 5, two of which are central, with no angular offset between them.
  • the rotor comprises seven consecutive packets 5 arranged in a V, with a central packet.
  • the number of packets within the meaning of the invention is 4, that is to say equal to 2n-1, and the total angle is here equal to 3d.
  • the rotor mass may comprise two central packets separated by said plane of symmetry S, as illustrated in FIG. 7, with eight packets 5 including two central ones with no angular offset between them.
  • the number of packets within the meaning of the invention is 4, and the total angle is here equal to 3d.
  • the elementary angle can be 2.5° between bundles, with a total twist angle of 7.5°.
  • the machine can have 48 slots and 8 poles.
  • the elementary angle may be 1.5° between bundles, with a total twist angle of 4.5°.
  • the machine can have 63 slots and 6 poles.
  • the length of the rotor mass can be 110 mm, with 4 packages of 27.5 mm.
  • the diameter of the rotor mass can be 70.15 mm.
  • the elementary angle may be 1.5° between bundles, with a total twist angle of 4.5°.
  • the machine can have 63 slots and 6 poles.
  • the length of the rotor mass can be 165 mm, with 4 packages of 41.25 mm.
  • the diameter of the rotor mass can be 70.15 mm.
  • the elementary angle may be 1.5° between bundles, with a total twist angle of 4.5°.
  • the machine can have 63 slots and 6 poles.
  • the length of the rotor mass can be 192.5 mm, with 4 packages of 27.5 mm.
  • the diameter of the rotor mass can be 70.15 mm.
  • All of the rotor packages can each be the same length, as shown in Figures 1 through 6.
  • two packets can have different lengths, as illustrated in Figure 8.
  • the two central packets have a length 12 greater than the length 11 of the other packets.
  • FIG. 9 illustrates an exemplary embodiment in which the pattern of the embodiment of FIG. 1 is reproduced 3 times.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

Machine électrique tournante comportant : - un stator comportant des dents, des encoches entre les dents, des conducteurs électriques logés dans les encoches, lesquels forment un bobinage fractionnaire ou entier, et - un rotor comportant une masse rotorique et des aimants permanents insérés dans celle-ci, la masse rotorique étant composée d'une pluralité de paquets disposés consécutivement le long d'un axe de rotation du rotor, qui sont décalés angulairement autour de l'axe de rotation du rotor d'un angle élémentaire δ, avec δ compris dans l'un des deux intervalles suivant : bobinage fractionnaire : (360/(pn(he+2k)) ≤ δ ≤ (360/(pn(he-2k)) ou bobinage entier : (360/(pn(he+[2k+1]))) ≤ δ ≤ (360/(pn(he-[2k+1])) avec p le nombre de paires de pôles du rotor, n le nombre de paquets consécutifs décalés dans un même sens autour de l'axe de rotation, he = Ns/p, avec Ns le nombre d'encoches, et k égal à 0, 1 ou 2.

Description

Description
Titre : Machine électrique tournante
La présente invention revendique la priorité de la demande française 2007737 déposée le 23 juillet 2020 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
La présente invention concerne les machines électriques tournantes, et plus particulièrement les rotors de telles machines. L’invention s’intéresse notamment à la fabrication de la masse rotorique du rotor, et en particulier à la configuration de celle-ci dans le cas où elle est réalisée en plusieurs paquets alignés suivant la direction axiale, par exemple au moins deux paquets. Chacun des paquets peut être décalé angulairement par rapport aux paquets adjacents (on parle de « step skew » en anglais).
Domaine technique
L’invention porte plus particulièrement sur les machines synchrones ou asynchrones, à courant alternatif. Elle concerne notamment les machines de traction ou de propulsion de véhicules automobiles électriques (Battery Electric Vehicle) et/ou hybrides (Hybrid Electric Vehicle - Plug-in Hybrid Electric Vehicle), telles que voitures individuelles, camionnettes, camions ou bus. L’invention s’applique également à des machines électriques tournantes pour des applications industrielles et/ou de production d’énergie, notamment navales, aéronautiques ou éoliennes.
Technique antérieure
Il est connu de prévoir un décalage angulaire entre des paquets du rotor. On peut parler de vrillage.
La demande EP 2451 049 a pour objet un procédé d’assemblage des paquets, dans laquelle l’angle de vrillage n’est pas spécifié. Cette demande ne divulgue pas de bobinage fractionnaire.
Dans la demande US 2010/0277027, le stator comporte un bobinage à pas entier, avec un décalage de 1,875°.
Dans la demande CN 106849431, le stator comporte également un bobinage à pas entier, avec un vrillage dépendant de la parité du nombre de paquets. La demande US 2016/0285336 a pour objet un rotor comportant plusieurs paquets, avec un angle de vrillage donné par une relation particulière. Le bobinage y est fractionnaire.
Dans le modèle d’utilité CN 207339461 U, l’angle de vrillage est enseigné comme étant compris entre 4° et 6°. Dans la demande EP 2466727, l’angle a une valeur assez élevée de 5°.
Dans la demande DE 10 2014 017304, l’angle de vrillage varie entre des paquets disposés en quinconce de manière irrégulière. Il en est de même dans US 2004/0124728.
Dans les demandes US 2014/0265702, US 2010/0052466, CN 105226859 et CN 106787559, l’angle n’est pas précisé.
Dans les demandes US 2005/0104468 et US 2004/0245880, on cherche à éliminer l’harmonique 6, avec un angle de vrillage donné par une relation particulière.
Il existe un besoin pour encore améliorer la réduction des ondulations de couple et le niveau de bruit acoustique, et notamment les vibrations d’origine électromagnétique.
Exposé de l’invention
L’invention vise à répondre à ce besoin et a ainsi pour objet, selon un premier de ses aspects, une machine électrique tournante comportant :
- un stator comportant des dents et des encoches entre les dents, des conducteurs électriques étant logés dans les encoches, les conducteurs électriques formant un bobinage fractionnaire ou un bobinage entier, le nombre de dents et d’encoches Ns pouvant notamment être de 45, 48, 54, 60, 63, 72, 81, 84, et plus particulièrement de 63 ou de 48, et
- un rotor comportant une masse rotorique et des aimants permanents insérés dans celle-ci, la masse rotorique étant composée d’une pluralité de paquets disposés consécutivement le long d’un axe de rotation du rotor, deux paquets consécutifs étant décalés angulairement autour de l’axe de rotation du rotor d’un angle élémentaire d, avec l’angle élémentaire d compris dans l’un des deux intervalles suivant : pour un bobinage fractionnaire : (360/(pn(he+2k)) < d < (360/(pn(he-2k)) ou pour un bobinage entier : (360/(pn(he+[2k+l]))) < d < (360/(pn(he-[2k+l])) avec p le nombre de paires de pôles du rotor, n le nombre de paquets consécutifs décalés dans un même sens autour de l’axe de rotation, he l’harmonique d’encoches, où he = Ns/p, avec Ns le nombre d’encoches, et k égal à 0, 1 ou 2 et (he-2k)>l pour un bobinage fractionnaire et (he-(2k+l))>l pour un bobinage entier. L’harmonique d’encoches he est un nombre entier.
L’angle élémentaire de vrillage d peut être égal à d = 360/(pnh), où h est l’harmonique électrique d’induction du rotor que l’on cherche à minimiser.
Résumé de l’invention
Bobinage fractionnaire
L’invention a notamment pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, une machine électrique tournante, comportant :
- un stator comportant des dents et des encoches entre les dents, des conducteurs électriques étant logés dans les encoches, les conducteurs électriques formant un bobinage fractionnaire, le nombre de dents et d’encoches Ns étant notamment de 63, et
- un rotor comportant une masse rotorique et des aimants permanents insérés dans celle-ci, la masse rotorique étant composée d’une pluralité de paquets disposés consécutivement le long d’un axe de rotation du rotor, deux paquets consécutifs étant décalés angulairement autour de l’axe de rotation du rotor d’un angle élémentaire d, avec l’angle élémentaire d compris dans l’intervalle suivant :
(360/(pn(he+2k)) < d < (360/(pn(he-2k)) avec p le nombre de paires de pôles du rotor, n le nombre de paquets consécutifs décalés dans un même sens autour de l’axe de rotation, he l’harmonique d’encoches, où he = Ns/p, avec Ns le nombre d’encoches, et k égal à 0, 1 ou 2 et (he-2k)>l.
Une telle configuration conforme à l’invention permet de réduire les harmoniques mécaniques de pression Hx = (he +/- l)p, et notamment le deuxième harmonique mécanique de pression dit 60.
On atténue également ainsi les harmoniques électriques d’induction magnétique liées à l’harmoniques d’encoches he. Les harmoniques électriques d’induction magnétique à réduire sont inclus dans la famille d’harmoniques h = he +/- (2k), avec k égal à 0, 1 ou 2. On peut avoir (he-2k)>l . Dans le cas d’un bobinage fractionnaire, les harmoniques à atténuer sont ainsi he-4, he-2, he, he+2, he+4. On peut ainsi réduire les ondulations de couple, et le niveau de vibrations dans la machine, ce qui permet de réduire le bruit résultant.
L’angle total de vrillage ôt est la somme des angles élémentaires d entre tous les paquets consécutifs décalés dans un même sens autour de l’axe de rotation. Si un ou des paquets sont décalés dans l’autre sens, on ne compte pas leur décalage. L’angle total ôt est l’angle maximum obtenu en prenant le plus grand nombre de paquets consécutifs décalés dans un même sens. On entend par n le nombre de paquets consécutifs décalés dans un même sens autour de l’axe de rotation. Ainsi, on a ôt = (n-l)ô. L’angle élémentaire de vrillage d peut être égal à d = 360/(pnh), où h est l’harmonique électrique d’induction du rotor que l’on cherche à minimiser.
L’angle total de vrillage ôt peut être égale à ôt = (n-1) 360/(pnh). L’harmonique électrique d’induction h peut être h = he +/- (2k), avec k égal à 0, 1 ou 2. On peut avoir (he- 2k)>l. Le rotor peut comporter 6 pôles. La machine peut être triphasée ; le nombre des phases est q=3. Le stator peut comporter 63 encoches et 63 dents. Dans ce mode de réalisation, on peut avoir he = 21. On cherche principalement à réduire les sources du bruit provenant des harmoniques électriques d’induction magnétique du rotor qui sont essentiellement la famille d’harmoniques du rotor liées à l’harmonique d’encoche he = 21, c’est-à-dire les harmoniques h = 17, h = 19, h = 21, h = 23 et h = 25.
Avec n paquets, l’angle élémentaire d peut être compris dans l’intervalle suivant : (360/(25pn)) < d < (360/(17pn)).
Le nombre de paquets n est un nombre entier strictement supérieur à 1, n pouvant être égal à 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, cette liste n’étant pas limitative. En fonction du nombre de paquets, l’angle élémentaire d peut être compris entre les bornes inférieures ô inf et supérieures ô sup données dans le tableau 1 qui suit, avec k = 2.
[Tableau 1]
Tableau 1
Dans un exemple de réalisation avec 4 paquets, on a 1,2 < d < 1,7647.
Dans un autre exemple de réalisation avec 2 paquets, on a 2,4 < d < 3,5294. Dans un mode de réalisation, l’angle élémentaire d peut être égale à 1,5° avec 4 paquets. L’angle total ôt peut être alors égale à 4.5°.
Dans un mode de réalisation, l’angle élémentaire d peut être égale à 3,1° avec 2 paquets. L’angle total ôt peut être alors égale à 3.1°.
On obtient ainsi de bons résultats en termes de réduction des ondulations de couple et de réduction du niveau de bruit de vibrations.
Le nombre d’encoches par pôle et par phase Z peut s’écrire sous la forme Z= Ns/(2*p*q) = a+b/c, avec par exemple a=3, b=l et c=2. Le nombre de phase q peut être égal à 3, lorsqu’il s’agit par exemple d’une machine triphasée. Dans cette définition, on a b/c qui est une fraction irréductible et a un nombre entier positif. On désigne par a la partie entière et par b/c la partie fractionnaire du nombre d’encoche par pôle et par phase Z.
Dans un mode de réalisation, b/c peut être égale à ½. Le nombre p de paires de pôles peut être un multiple de 3. Une telle configuration peut permettre d’avoir un bobinage simplifié. En variante, le nombre p de paires de pôles peut ne pas être un multiple de 3.
Dans un autre mode de réalisation, le rotor peut comporter 8 pôles. La machine peut être triphasée ; le nombre des phases est q=3. Le stator peut comporter 60 encoches et 60 dents. Dans ce mode de réalisation, on peut avoir he = 15. On cherche principalement à réduire les sources du bruit provenant des harmoniques électriques d’induction magnétique du rotor qui sont essentiellement la famille d’harmoniques du rotor liées à l’harmonique d’encoche he = 15, c’est-à-dire les harmoniques h = 11, h = 13, h = 15, h = 17 et h = 19.
Avec n paquets, l’angle élémentaire d peut être compris dans l’intervalle suivant : (360/(19pn)) < d < (360/(1 lpn)). Le nombre de paquets n est un nombre entier strictement supérieur à 1 , n pouvant être égal à 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, cette liste n’étant pas limitative. En fonction du nombre de paquets, l’angle élémentaire d peut être compris entre les bornes inférieures ô inf et supérieures ô sup données dans le tableau 2 qui suit, avec k = 2.
[Tableau 2]
Tableau 2 Dans un autre mode de réalisation, le rotor peut comporter 6 pôles. La machine peut être triphasée ; le nombre des phases est q=3. Le stator peut comporter 45 encoches et 45 dents. Dans ce mode de réalisation, on peut avoir he = 15 = 45/3. On cherche principalement à réduire les sources du bruit provenant des harmoniques électriques d’induction magnétique du rotor qui sont essentiellement la famille d’harmoniques du rotor liées à l’harmonique d’encoche he = 15, c’est-à-dire les harmoniques h = 11, h = 13, h = 15, h = 17 et h = 19.
Avec n paquets, l’angle élémentaire d peut être compris dans l’intervalle suivant : (360/(19pn)) < d < (360/(1 lpn)). Le nombre de paquets n est un nombre entier strictement supérieur à 1 , n pouvant être égal à 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, cette liste n’étant pas limitative. En fonction du nombre de paquets, l’angle élémentaire d peut être compris entre les bornes inférieures ô inf et supérieures ô sup données dans le tableau 3 qui suit, avec k = 2.
[Tableau 3]
Tableau 3
Dans un autre mode de réalisation, le rotor peut comporter 6 pôles. La machine peut être triphasée ; le nombre des phases est q=3. Le stator peut comporter 81 encoches et 81 dents. Dans ce mode de réalisation, on peut avoir he = 27 = 81/3. On cherche principalement à réduire les sources du bruit provenant des harmoniques électriques d’induction magnétique du rotor qui sont essentiellement la famille d’harmoniques du rotor liées à l’harmonique d’encoche he = 27, c’est-à-dire les harmoniques h = 23, h = 25, h = 27, h = 29 et h = 31.
Avec n paquets, l’angle élémentaire d peut être compris dans l’intervalle suivant : (360/(3 lpn)) < d < (360/(23pn)).
Le nombre de paquets n est un nombre entier strictement supérieur à 1, n pouvant être égal à 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, cette liste n’étant pas limitative. En fonction du nombre de paquets, l’angle élémentaire d peut être compris entre les bornes inférieures ô inf et supérieures ô sup données dans le tableau 4 qui suit, avec k = 2.
[Tableau 4]
Tableau 4 Dans un autre mode de réalisation, le rotor peut comporter 8 pôles. La machine peut être triphasée ; le nombre des phases est q=3. Le stator peut comporter 84 encoches et 84 dents. Dans ce mode de réalisation, on peut avoir he = 21 = 84/4. On cherche principalement à réduire les sources du bruit provenant des harmoniques électriques d’induction magnétique du rotor qui sont essentiellement la famille d’harmoniques du rotor liées à l’harmonique d’encoche he = 21, c’est-à-dire les harmoniques h = 17, h = 19, h = 21, h = 23 et h = 25.
Avec n paquets, l’angle élémentaire d peut être compris dans l’intervalle suivant : (360/(25pn)) < d < (360/(17pn)). Le nombre de paquets n est un nombre entier strictement supérieur à 1 , n pouvant être égal à 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, cette liste n’étant pas limitative. En fonction du nombre de paquets, l’angle élémentaire d peut être compris entre les bornes inférieures ô inf et supérieures ô sup données dans le tableau 5 qui suit, avec k = 2.
[Tableau 5]
Tableau 5
Bobinage entier
L’invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, une machine électrique tournante, comportant :
- un stator comportant des dents et des encoches entre les dents, des conducteurs électriques étant logés dans les encoches, les conducteurs électriques formant un bobinage entier, le nombre de dents et d’encoches étant de 48, et - un rotor comportant une masse rotorique et des aimants permanents insérés dans celle-ci, la masse rotorique étant composée d’une pluralité de paquets disposés consécutivement le long d’un axe de rotation du rotor, deux paquets consécutifs étant décalés angulairement autour de l’axe de rotation du rotor d’un angle élémentaire (d), avec l’angle élémentaire d compris dans l’intervalle suivant :
(360/ (pn(he+ [2k+ 1 ] ))) < d < (360/(pn(he-[2k+l])) avec p le nombre de paires de pôles du rotor, n le nombre de paquets consécutifs décalés dans un même sens autour de l’axe de rotation, he l’harmonique d’encoches, où he = Ns/p, avec Ns le nombre d’encoches, et k égal à 0, 1 ou 2 et (he-(2k+l))>l.
Une telle configuration conforme à l’invention permet de réduire les harmoniques électriques d’inductions liées à l’harmonique d’encoches he et ainsi l’harmonique mécanique de pression Hx = he * p, et notamment l’harmonique mécanique de pression dit 48.
Si l’on souhaite détailler les harmoniques électriques d’induction à atténuer (ou à réduire) ; ces harmoniques sont inclus dans la famille d’harmoniques h = (he +/- (2k+l)), avec k égal à 0, 1 ou 2. On peut avoir (he-(2k+l))>l.
Dans le cas d’un bobinage entier, les harmoniques à atténuer sont he-5, he-3, he- 1, he+5, he+3, he+1, avec k = 2, 1 et 0 respectivement. On peut ainsi réduire les ondulations de couple, et le niveau de vibrations dans la machine, ce qui permet de réduire le bruit résultant.
Le nombre d’encoches par pôle et par phase Z est entier : Z= Ns/(2*p*q) = 2. Le nombre de phase peut être q=3, lorsqu’il s’agit par exemple d’une machine triphasée.
L’angle élémentaire de vrillage d peut être égal à d = 360/(pnh), où h est l’harmonique électrique d’induction du rotor que l’on cherche à minimiser.
L’angle total de vrillage ôt peut être égale à ôt = (n-1) 360/(pnh). L’harmonique électrique d’induction h peut être h = he +/- (2k+l), avec k égal à 0, 1 ou 2. On peut avoir (he-(2k+l))>l.
Le rotor peut comporter 8 pôles. La machine peut être triphasée. Le stator peut comporter 48 encoches et 48 dents. Dans ce mode de réalisation, on peut avoir he = 12. On cherche principalement à réduire les sources du bruit provenant des harmoniques d’induction magnétique du rotor qui sont essentiellement la famille d’harmoniques du rotor liées à l’harmonique d’encoche he = 12, c’est-à-dire les harmoniques h = 7, h = 9, h = 11, h = 13, h = 15 et h = 17.
Avec n paquets, l’angle élémentaire d peut être compris dans l’intervalle suivant : (360/(17pn)) < d < (360/(7pn)), et notamment dans l’intervalle 2,25 < d < 3,21. Le nombre de paquets n est un nombre entier strictement supérieur à 1 , n pouvant être égal à 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, cette liste n’étant pas limitative. En fonction du nombre de paquets, l’angle élémentaire d peut être compris entre les bornes inférieures ô inf et supérieures ô sup données dans le tableau 6 qui suit, avec k=2.
[Tableau 6]
Tableau 6
Dans un exemple de réalisation avec un nombre total de paquets de 4 mais avec un vrillage en V, c’est-à-dire avec n=2 paquets, on peut avoir
2,65 < d < 6,43. Dans ce cas d’un vrillage en V, n=2 paquets peuvent être décalés dans un sens et les n=2 autres paquets peuvent être décalés dans le sens inverse et symétriquement par rapport à un plan de symétrie perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor. Dans un autre exemple de réalisation avec un nombre total de paquets nt = 3 mais avec un vrillage en V de n = 2 paquets, on peut avoir 2,65 < d < 6,43. Dans ce cas d’un vrillage en V, n=2 paquets sont décalés dans un sens et les (n-1) paquets restants, avec ici n- 1 = 1, sont décalés dans le sens inverse et symétriquement par rapport à un plan de symétrie perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor et passant par le milieu du paquet central.
La longueur du paquet central peut varier. Par exemple, on peut avoir une longueur uniforme de tous les paquets, ou en variante, afin d’améliorer l’équilibre magnétique du rotor, on peut choisir la longueur du paquet central comme étant deux fois la longueur des paquets latéraux. Avec 1 la longueur d’un paquet latéral, la longueur du paquet central le peut être 1 < le < 21.
Dans un exemple de réalisation avec un nombre total de paquets nt=4 ou nt=3 paquets mais avec un vrillage en V de 2 paquets, avec n=2, on peut avoir en particulier 4,5 < d < 6,43. La réduction du bruit peut en être optimisée. Le choix d’un angle de vrillage dans la partie supérieure de l’intervalle peut permettre d’optimiser la réduction du bruit acoustique et ainsi la réduction de l’ondulation du couple, ce qui est particulièrement avantageux lorsque la machine est saturée et que l’état magnétique dans les n paquets vrillés en est différent. La réduction des harmoniques de tension induite est également favorisée, ce qui est avantageux pour faciliter le contrôle de la machine.
Le nombre d’encoches par pôle et par phase Z peut s’écrire sous la forme d’un nombre entier positif. Le stator peut avoir un nombre d’encoches par pôle et par phase Z égale à 2.
L’angle élémentaire d peut dépendre du nombre de paquets n dans la masse ro torique.
Dans un mode de réalisation, l’angle élémentaire d peut être égale à 3,75°, notamment avec n = 2 paquets vrillés dans un seul sens, pour un nombre total de paquets nt = 4 vrillés en V.
Dans un mode de réalisation, l’angle total ôt peut être égale à ôt= (n-l) ô = 3,75°. On obtient ainsi de bons résultats en termes de réduction des ondulations de couple et de réduction du niveau de bruit de vibrations.
Dans un exemple de réalisation avec 4 paquets, on a 1,32 < d < 3,21. En particulier, on peut avoir nt = 4 paquets avec un vrillage linéaire de n = nt = 4 paquets, où l’ensemble des nt = n = 4 paquets sont décalés dans le même sens. Dans un exemple de réalisation avec 4 paquets, notamment avec n = nt = 4, on peut avoir en particulier
2,25 < d < 3,21. La réduction du bruit peut en être optimisée. Le choix d’un angle de vrillage dans la partie supérieure de l’intervalle peut permettre d’optimiser la réduction du bruit acoustique et ainsi la réduction de l’ondulation du couple, ce qui est particulièrement avantageux lorsque la machine est saturée et que l’état magnétique dans les n paquets vrillés en est différent. La réduction des harmoniques de tension induite est également favorisée, ce qui est avantageux pour faciliter le contrôle de la machine.
Le nombre d’encoches par pôle et par phase Z peut s’écrire sous la forme d’un nombre entier positif. Le stator peut avoir un nombre d’encoches par pôle et par phase Z égale à 2.
L’angle élémentaire d peut dépendre du nombre de paquets n dans la masse ro torique.
Dans un mode de réalisation, l’angle élémentaire d peut être égale à 2,5°, notamment avec 4 paquets.
Dans un mode de réalisation, l’angle total ôt peut être égale à 1,5°. On obtient ainsi de bons résultats en termes de réduction des ondulations de couple et de réduction du niveau de bruit de vibrations.
Dans un autre mode de réalisation, le rotor peut comporter 8 pôles. La machine peut être triphasée. Le stator peut comporter 72 encoches et 72 dents. Dans ce mode de réalisation, on peut avoir he = 18. On cherche principalement à réduire les sources du bruit provenant des harmoniques électriques d’induction magnétique du rotor qui sont essentiellement la famille d’harmoniques du rotor liées à l’harmonique d’encoche he = 18, c’est-à-dire les harmoniques h = 13, h = 15, h = 17, h = 19, h = 21 et h = 23.
Avec n paquets, l’angle élémentaire d peut être compris dans l’intervalle suivant : (360/(23pn)) < d < (360/(13pn)).
Le nombre de paquets n est un nombre entier strictement supérieur à 1, n pouvant être égal à 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, cette liste n’étant pas limitative. En fonction du nombre de paquets, l’angle élémentaire d peut être compris entre les bornes inférieures ô inf et supérieures ô sup données dans le tableau 7 qui suit, avec k=2.
[Tableau 7]
Tableau 7
Dans un autre mode de réalisation, le rotor peut comporter 6 pôles. La machine peut être triphasée. Le stator peut comporter 54 encoches et 54 dents. Dans ce mode de réalisation, on peut avoir he = 18. On cherche principalement à réduire les sources du bruit provenant des harmoniques électriques d’induction magnétique du rotor qui sont essentiellement la famille d’harmoniques du rotor liées à l’harmonique d’encoche he = 18, c’est-à-dire les harmoniques h = 13, h = 15, h = 17, h = 19, h = 21 et h = 23.
Avec n paquets, l’angle élémentaire d peut être compris dans l’intervalle suivant : (360/(23pn)) < d < (360/(13pn)).
Le nombre de paquets n est un nombre entier strictement supérieur à 1, n pouvant être égal à 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, cette liste n’étant pas limitative. En fonction du nombre de paquets, l’angle élémentaire d peut être compris entre les bornes inférieures ô inf et supérieures ô sup données dans le tableau 8 qui suit, avec k=2. [Tableau 8]
Tableau 8
Dans un autre mode de réalisation, le rotor peut comporter 6 pôles. La machine peut être triphasée. Le stator peut comporter 72 encoches et 72 dents. Dans ce mode de réalisation, on peut avoir he = 24. On cherche principalement à réduire les sources du bruit provenant des harmoniques électriques d’induction magnétique du rotor qui sont essentiellement la famille d’harmoniques du rotor liées à l’harmonique d’encoche he = 24, c’est-à-dire les harmoniques h = 19, h =21, h = 23, h = 25, h = 27 et h = 29.
Avec n paquets, l’angle élémentaire d peut être compris dans l’intervalle suivant : (360/(29pn)) < d < (360/(19pn)).
Le nombre de paquets n est un nombre entier strictement supérieur à 1, n pouvant être égal à 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, cette liste n’étant pas limitative. En fonction du nombre de paquets, l’angle élémentaire d peut être compris entre les bornes inférieures ô inf et supérieures ô sup données dans le tableau 9 qui suit, avec k=2.
[Tableau 9]
Tableau 9
Dans le cas d’une machine électrique à p pairs de pôles, si l’on souhaite cibler un harmonique électrique d’induction du rotor donné h par un vrillage du rotor sur n paquets, l’angle élémentaire de vrillage d peut être égal à d = 360/(pnh), où h est l’harmonique électrique d’induction du rotor que l’on cherche à minimiser.
A titre d’exemple, pour un bobinage entier ou fractionnaire, les valeurs du décalage angulaire d entre deux paquets consécutifs, sur un nombre total de paquets n, visant à supprimer un harmonique électrique d’induction du rotor h donné, pour un nombre de paires de pôles p = 3, sont données dans le tableau 10 qui suit.
[Tableau 10]
Tableau 10
A titre d’exemple, les valeurs du décalage angulaire d entre deux paquets consécutifs, sur un nombre total de paquets n, visant à supprimer un harmonique électrique d’induction du rotor h donné, pour un nombre de paires de pôles p = 4, sont données dans le tableau 11 qui suit.
[Tableau 11]
Tableau 11 A titre d’exemple, les valeurs du décalage angulaire d entre deux paquets consécutifs, sur un nombre total de paquets n, visant à supprimer un harmonique h donné, pour un nombre de paires de pôles p = 5, sont données dans le tableau 12 qui suit.
[Tableau 12]
Tableau 12
Paquets
La masse rotorique peut comporter un nombre pair de paquets. En variante, la masse rotorique peut comporter un nombre impair de paquets.
Le décalage angulaire entre deux paquets consécutifs peut être constant lorsque l’on se déplace le long de l’axe de rotation du rotor, ou en variante il peut varier.
Les paquets de la masse rotorique peuvent être décalés angulairement tous dans un même sens autour de l’axe de rotation du rotor. En variante, ils peuvent être décalés angulairement successivement dans un sens puis dans l’autre, étant disposés en V. Ils peuvent être disposés en V, étant décalés symétriquement par rapport à un plan de symétrie perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor. Un avantage de la configuration en V est de permettre de minimiser la force axiale. Si le nombre de paquets vrillés dans un seul sens est n, le nombre total nt de paquets en V sera nt = 2n ou nt = 2n -1.
La masse rotorique peut comporter un seul paquet central coupé en deux par ledit plan de symétrie. En variante, la masse rotorique peut comporter deux paquets centraux séparés par ledit plan de symétrie. Les deux paquets centraux peuvent ne pas être décalés angulairement l’un par rapport à l’autre.
Le nombre total de paquets peut être égal au nombre n de paquets consécutifs décalés dans un même sens autour de l’axe de rotation, ou en variante égale à 2n, ou encore à 2n-l.
En variante encore, les paquets de la masse rotorique peuvent être décalés angulairement successivement dans un sens puis dans l’autre, étant disposés en chevrons.
Dans un mode de réalisation, on peut réduire encore davantage les harmoniques de pressions et les niveaux de bruit en faisant un vrillage sur n paquets, notamment en chevrons ou en V, et en multipliant ce motif r fois sur la longueur du rotor. Le nombre total des paquets nt est dans ce cas de r*n dans le cas d’un vrillage simple, et de r*(2*n) ou r*(2*n- 1) dans le cas d’un vrillage en V multiplié r fois.
Tous les paquets du rotor peuvent avoir chacun la même longueur ou des longueurs différentes
En variante, deux paquets peuvent avoir des longueurs différentes. Par exemple, la disposition des paquets dans la masse rotorique peut être telle que la longueur des paquets peut augmenter puis diminuer lorsque l’on se déplace le long de l’axe de rotation, ou augmenter tout le long du rotor, ou diminuer tout le long du rotor.
En variante encore, la longueur des paquets peut varier avec une variation en dents de scie lorsque l’on se déplace le long de l’axe de rotation.
Dans un mode de réalisation, le ou les paquets centraux peuvent avoir une longueur différente des autres paquets, par exemple une longueur plus courte ou plus longue.
Rotor
Le rotor peut comporter des aimants permanents insérés dans la masse rotorique. La masse rotorique peut comporter des tôles rotoriques. Le rotor peut comporter des aimants permanents, avec notamment des aimants surfaciques ou enterrés. Le rotor peut être à concentration de flux. Il peut comporter une ou plusieurs couches d’aimants disposées en I, en U ou en V. Les logements des aimants permanents peuvent être réalisés entièrement par découpage dans les tôles. Chaque tôle de l’empilement de tôles peut être monobloc. En variante, il peut s’agir d’un rotor bobiné ou à cage d’écureuil, ou d’un rotor à réluctance variable.
Le nombre de paires de pôles p au rotor est par exemple compris entre 1 et 24, étant par exemple de 1, 2, 3, 4, 5 ou 6.
Le diamètre du rotor peut être inférieur à 600 mm, voire inférieur à 400 mm, mieux inférieur à 300 mm, mieux encore inférieur à 200 mm, et supérieur à 40 mm, mieux supérieur à 60 mm, étant par exemple compris entre 80 et 160 mm.
Chaque tôle est par exemple découpée dans une feuille d’acier magnétique ou contenant de l’acier magnétique, par exemple de l’acier de 0,1 à 1,5 mm d’épaisseur. Les tôles peuvent être revêtues d’un vernis isolant électrique sur leurs faces opposées avant leur assemblage au sein de l’empilement. L’isolation électrique peut encore être obtenue par un traitement thermique des tôles, le cas échéant.
L’arbre peut être réalisé dans un matériau magnétique, ce qui permet avantageusement de diminuer le risque de saturation dans la masse rotorique et d’améliorer les performances électromagnétiques du rotor.
En variante, le rotor comporte un arbre amagnétique sur lequel est disposée la masse rotorique. L’arbre peut être réalisé au moins en partie dans un matériau de la liste suivante, qui n’est pas limitative : acier, inox, titane ou tout autre matériau amagnétique.
La masse rotorique peut dans un mode de réalisation être disposée directement sur l’arbre amagnétique, par exemple sans jante intermédiaire. En variante, notamment dans le cas où l’arbre n’est pas amagnétique, le rotor peut comporter une jante entourant l’arbre du rotor et venant prendre appui sur ce dernier.
La masse rotorique peut comporter un ou plusieurs trous pour alléger le rotor, permettre son équilibrage ou pour l’assemblage des tôles rotoriques la constituant. Des trous peuvent permettre le passage des tirants maintenant solidaires entre elles les tôles.
Les tôles peuvent être découpées dans un outil à la suite les unes des autres. Elles peuvent être empilées et clipsées ou collées dans l’outil, en paquets complets ou sous- paquets. Les tôles peuvent être encliquetées les unes sur les autres. En variante, le paquet de tôles peut être empilé et soudé en dehors de l’outil.
La masse rotorique peut présenter un contour extérieur qui est circulaire ou multilobé, une forme multilobée pouvant être utile par exemple pour réduire les ondulations de couple ou les harmoniques de courant ou de tension. Le rotor peut comporter au moins un flasque qui peut être disposé à une extrémité du paquet de tôles rotoriques. Dans un mode de réalisation, le rotor comporte deux flasques chacun disposé à une extrémité du paquet de tôles rotoriques.
Le rotor peut être monté en porte à faux ou non, par rapport aux roulements utilisés pour guider l’arbre.
Machine et stator
La machine peut être utilisée comme moteur ou comme générateur. La machine peut être à réluctance. Elle peut constituer un moteur synchrone ou en variante un générateur synchrone. En variante encore, elle constitue une machine asynchrone.
La vitesse maximale de rotation de la machine peut être élevée, étant par exemple supérieure à 10 000 tr/min, mieux supérieure à 12 000 tr/min, étant par exemple de l’ordre de 14 000 tr/min à 15 000 tr/min, voire même de 20 000 tr/min ou de 24 000 tr/min ou de 25 000 tr/min. La vitesse maximale de rotation de la machine peut être inférieure à 100 000 tr/min, voire à 60 000 tr/min, voire encore inférieure à 40 000 tr/min, mieux inférieure à 30 000 tr/min.
L’invention peut convenir tout particulièrement pour des machines de forte puissance.
La machine peut comporter un seul rotor intérieur ou, en variante, un rotor intérieur et un rotor extérieur, disposés radialement de part et d’autre du stator et accouplés en rotation.
La machine peut être insérée seule dans un carter ou insérée dans un carter de boite de vitesse. Dans ce cas, elle est insérée dans un carter qui loge également une boîte de vitesse.
La machine comporte un stator. Ce dernier comporte des dents définissant entre elles des encoches. Le stator peut comporter des conducteurs électriques, au moins une partie des conducteurs électriques, voire une majorité des conducteurs électriques, pouvant être en forme d'épingle en U ou en I.
Masse statorique
Le stator peut comporter une masse statorique comportant les dents et les encoches précitées.
Les encoches peuvent être au moins partiellement fermées. Une encoche partiellement fermée permet de ménager une ouverture au niveau de l’entrefer, qui peut servir par exemple à la mise en place des conducteurs électriques pour le remplissage de l’encoche. Une encoche partiellement fermée est notamment ménagée entre deux dents qui comportent chacune des épanouissements polaires au niveau de leur extrémité libre, lesquels viennent fermer l’encoche au moins en partie.
En variante, les encoches peuvent être entièrement fermées. Par « encoche entièrement fermée », on désigne des encoches qui ne sont pas ouvertes radialement vers l’entrefer.
Dans un mode de réalisation, au moins une encoche, voire chaque encoche, peut être continûment fermée du côté de l’entrefer par un pont de matière venu d’un seul tenant avec les dents définissant l’encoche. Toutes les encoches peuvent être fermées du côté de l’entrefer par des ponts de matière fermant les encoches. Les ponts de matière peuvent être venus d’un seul tenant avec les dents définissant l’encoche. La masse statorique est alors dépourvue de découpe entre les dents et les ponts de matière fermant les encoches, et les encoches sont alors continûment fermées du côté de l’entrefer par les ponts de matière venus d’un seul tenant avec les dents définissant l’encoche.
En outre, les encoches peuvent également être fermées du côté opposé à l’entrefer par une culasse rapportée ou d’un seul tenant avec les dents. Les encoches ne sont alors pas ouvertes radialement vers l’extérieur. La masse statorique peut être dépourvue de découpe entre les dents et la culasse.
Dans un mode de réalisation, chacune des encoches est de contour continûment fermé. Par « continûment fermé », on entend que les encoches présentent un contour fermé continu lorsqu’elles sont observées en section transversale, prise perpendiculairement à l’axe de rotation de la machine. On peut faire le tour complet de l’encoche sans rencontrer de découpe dans la masse statorique.
La masse statorique peut être réalisée par empilement de tôles magnétiques, les encoches étant venues par découpage des tôles. La masse statorique peut en variante être réalisée par taillage dans une masse de poudre magnétique frittée ou agglomérée. La fermeture des encoches du côté de l’entrefer est obtenue par des ponts de matière venus d’un seul tenant avec le reste des tôles ou du bloc formant la masse statorique.
Le stator peut être dépourvu de cales magnétiques rapportées de fermeture des encoches. On élimine ainsi le risque de détachement accidentel de ces cales. Le stator peut comporter des bobines disposées de manière répartie dans les encoches, ayant notamment des conducteurs électriques disposés de manière rangée dans les encoches. Par « réparti », on entend qu’au moins l’une des bobines passe successivement dans deux encoches non adjacentes.
Les conducteurs électriques peuvent former un bobinage distribué. Le bobinage n’est dans ce cas pas concentré ou bobiné sur dent.
Les conducteurs électriques peuvent ne pas être disposés dans les encoches en vrac mais de manière ordonnée. Ils sont empilés dans les encoches de manière non aléatoire, étant par exemple disposés en rangées de conducteurs électriques alignés. L’empilement des conducteurs électriques est par exemple un empilement selon un réseau hexagonal dans le cas de conducteurs électriques de section transversale circulaire.
Le stator peut comporter des conducteurs électriques logés dans les encoches. Des conducteurs électriques au moins, voir une majorité des conducteurs électriques, peuvent être en forme d'épingles, de U ou de I. L’épingle peut être en forme de U (« U-pin » en anglais) ou droite, étant en forme de I (« I-pin » en anglais).
Chaque conducteur électrique peut comporter un ou plusieurs brins (« wire » ou « strand » en anglais). Par « brin », on entend l’unité la plus élémentaire pour la conduction électrique. Un brin peut être de section transversale ronde, on peut alors parler de ‘fil’, ou en méplat. Les brins en méplat peuvent être mis en forme en épingles, par exemple en U ou en I. Chaque brin est revêtu d’un émail isolant.
Les conducteurs électriques peuvent former un bobinage unique, notamment entier ou fractionnaire. Par « bobinage unique », on entend que les conducteurs électriques sont reliés électriquement ensemble dans le stator, et que les connexions entre les phases sont faites dans le stator, et non pas à l’extérieur du stator, par exemple dans une boite à bornes. Un bobinage est constitué d’un nombre de phases m décalées dans l’espace de telle façon que lorsqu’elles sont alimentées par un système de courant multi-phasés, elles produisent un champ tournant.
Le bobinage peut être dans l’invention entier ou fractionnaire. Le bobinage peut être entier à pas avec ou sans raccourcissement, ou en variante fractionnaire. Dans un mode de réalisation, les conducteurs électriques forment un bobinage fractionnaire, notamment à pas raccourci. Pour un bobinage fractionnaire, le nombre d’encoches par pôle et par phase est fractionnaire, c’est-à-dire que le rapport q défini par Z=Ns/(2pq) s’écrit sous la forme d’une fraction irréductible z/m, z et m étant deux nombres entiers non nuis, m étant différent de 1, où Ns est le nombre d’encoches du stator, q le nombre de phases du bobinage et p le nombre de paires de pôles.
Le nombre d’encoches du stator peut être compris entre 18 et 96, mieux entre 30 et 84, étant par exemple de 18, 24, 27, 30, 36, 42, 45, 48, 54, 60, 63, 72, 81, 92, 96, mieux étant de 48 ou 60 ou 63. Le nombre de pôles du stator peut être compris entre 2 et 24, voire entre 4 et 12, étant par exemple de 6 ou de 8.
La combinaison nombre d’encoches/nombre de pôles du stator peut être choisie parmi les combinaisons de la liste suivante, qui n’est pas limitative : 30/4, 42/4, 45/6, 48/8, 63/6, 60/8, 84/8.
Dans un mode de réalisation, la combinaison nombre d’encoches/nombre de pôles du stator est 48/8. On a dans ce cas Z=48/(2*4*3)=2.
Dans un mode de réalisation, la combinaison nombre d’encoches/nombre de pôles du stator est 63/6. On a dans ce cas Z=63/(2*3*3)=7/2.
Le bobinage peut être ondulé. La mise en série des conducteurs électriques peut être faite en bobinage dit ondulé. Par « bobinage ondulé », on entend un bobinage dans lequel les conducteurs électriques d’une même phase et d’un même pôle sont reliés électriquement l’un à l’autre de façon que, pour une voie d’enroulement, le courant électrique de la phase circule dans les conducteurs électriques en tournant autour de l’axe de rotation de la machine toujours dans un seul sens. Pour une voie d’enroulement, les conducteurs électriques d’une même phase et d’un même pôle ne se chevauchent pas lorsqu’ observés perpendiculairement à l’axe de rotation de la machine.
Le bobinage peut comporter une seule voie d’enroulement ou plusieurs voies d’enroulement. Dans un « conducteur électrique » circule le courant d’une même phase par voie d’enroulement. Par « voie d’enroulement », on entend l’ensemble des conducteurs électriques de la machine qui sont parcourus par un même courant électrique d’une même phase. Ces conducteurs électriques peuvent être connectés entre eux en série ou en parallèle ou en série-parallèle. Dans le cas où on a une seule voie, les conducteurs électriques sont connectés en série. Dans le cas où on a plusieurs voies, les conducteurs électriques de chaque voie sont connectés en série, et les voies sont connectées en parallèle. Les conducteurs électriques peuvent ainsi former un bobinage distribué. Le bobinage peut ne pas être concentré ou bobiné sur dent.
Dans une variante de réalisation, le stator est à bobinage concentré. Le stator peut comporter des dents et des bobines disposées sur les dents. Le stator peut ainsi être bobiné sur dents, autrement dit à bobinage non réparti.
Les dents du stator peuvent comporter des épanouissements polaires. En variante, les dents du stator sont dépourvues d’épanouissements polaires.
Le stator peut comporter une carcasse extérieure entourant la culasse.
Les dents du stator peuvent être réalisées avec un empilement de tôles magnétiques, recouvertes chacune d’un vernis isolant, afin de limiter les pertes par courants induits.
Procédé
L’invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un procédé de fabrication d’une machine telle que définie plus haut.
Brève description des dessins
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel :
[Fig 1] La figure 1 est une vue en perspective, schématique et partielle, d’un rotor réalisé conformément à l’invention.
[Fig 2] Fa figure 2 est une vue en perspective, schématique et partielle, d’une variante de réalisation.
[Fig 3] Fa figure 3 est une vue en perspective, schématique et partielle, d’une variante de réalisation.
[Fig 4] Fa figure 4 est une vue en perspective, schématique et partielle, d’une variante de réalisation.
[Fig 5] Fa figure 5 est une vue en perspective, schématique et partielle, d’une variante de réalisation.
[Fig 6] Fa figure 6 est une vue en perspective, schématique et partielle, d’une variante de réalisation. [Fig 7] La figure 7 est une vue en perspective, schématique et partielle, d’une variante de réalisation.
[Fig 8] La figure 8 est une vue en perspective, schématique et partielle, d’une variante de réalisation.
[Fig 9] La figure 9 est une vue en perspective, schématique et partielle, d’une variante de réalisation.
[Fig 10] La figure 10 est une vue en perspective, schématique et partielle, d’une variante de réalisation.
Description détaillée
On a illustré schématiquement à la figure 1 un rotor intérieur 1 de machine électrique tournante, comportant également un stator extérieur non représenté. Le stator permet de générer un champ magnétique tournant d’entraînement du rotor 1 en rotation, dans le cadre d’un moteur synchrone, et dans le cas d’un alternateur, la rotation du rotor induit une force électromotrice dans les conducteurs électriques du stator.
Le stator comporte des dents et des encoches entre les dents, des conducteurs électriques étant logés dans les encoches. Les conducteurs électriques forment un bobinage fractionnaire ou entier. Le nombre de dents et d’encoches Ns est par exemple de 63 ou de 48.
Le rotor 1 représenté à la figure 1 comporte une masse magnétique rotorique 3 s’étendant axialement selon l’axe de rotation X du rotor, cette masse rotorique étant formée par une pluralité de paquets 5 disposés consécutivement le long de l’axe de rotation du rotor X, à savoir deux paquets consécutifs dans l’exemple de la figure 1. Les paquets sont chacun composés de tôles rotoriques magnétiques empilées selon l’axe X, les tôles étant par exemple identiques et superposées exactement. Les tôles magnétiques sont de préférence en acier magnétique. Toutes les nuances d’acier magnétique peuvent être utilisées.
Deux paquets consécutifs sont décalés angulairement autour de l’axe de rotation X du rotor d’un angle élémentaire d, comme illustré. L’angle élémentaire d vaut dans l’exemple décrit 1,5°. L’angle total vaut ici également d.
La masse rotorique peut comporter un nombre pair de paquets, comme illustré à la figure 1. En variante, la masse rotorique peut comporter un nombre impair de paquets, comme illustré à la figure 2, où le rotor comporte trois paquets 5 tous identiques, décalés angulairement d’un angle d tous dans un même sens autour de l’axe de rotation X du rotor. Le décalage angulaire entre deux paquets consécutifs est ici constant lorsque l’on se déplace le long de l’axe de rotation du rotor. L’angle total vaut ici 2d.
Dans l’exemple illustré à la figure 3, le rotor comporte quatre paquets 5 tous identiques, décalés angulairement d’un angle d tous dans un même sens autour de l’axe de rotation X du rotor. Le décalage angulaire entre deux paquets consécutifs est ici constant lorsque l’on se déplace le long de l’axe de rotation du rotor. L’angle total vaut ici 3d.
En variante, les paquets 5 peuvent être décalés angulairement successivement dans un sens puis dans l’autre, étant disposés en V et décalés symétriquement par rapport à un plan de symétrie S perpendiculaire à l’axe de rotation X du rotor.
La masse rotorique peut comporter un seul paquet 5 central coupé en deux par ledit plan de symétrie S, comme illustré à la figure 4, avec trois paquets 5 consécutifs dont un central. Avec un nombre total de paquets de nt = 3, le nombre de paquets au sens de l’invention, c’est-à-dire le nombre de paquets consécutifs décalés dans un même sens autour de l’axe de rotation, est de n = 2. L’angle total est ici égal à l’angle élémentaire d.
En variante, la masse rotorique peut comporter deux paquets centraux séparés par ledit plan de symétrie S, comme illustré à la figure 5 avec quatre paquets 5 dont deux centraux sans décalage angulaire entre eux. Avec un nombre total de paquets de nt = 4, le nombre de paquets au sens de l’invention est également de n = 2, et l’angle total est ici égal à l’angle élémentaire d.
Dans l’exemple de la figure 6, le rotor comporte sept paquets consécutifs 5 disposés en V, avec un paquet central. Avec un nombre total de paquets de 7, le nombre de paquets au sens de l’invention est de 4, c’est-à-dire égale à 2n-l, et l’angle total est ici égal à 3d.
En variante, la masse rotorique peut comporter deux paquets centraux séparés par ledit plan de symétrie S, comme illustré à la figure 7, avec huit paquets 5 dont deux centraux sans décalage angulaire entre eux. Avec un nombre total de paquets de 8, c’est-à- dire égale à 2n, le nombre de paquets au sens de l’invention est de 4, et l’angle total est ici égal à 3d. Dans un exemple de réalisation tel qu’illustré à la figure 4, l’angle élémentaire peut être de 2,5° entre paquets, avec un angle total de vrillage 7,5°. La machine peut comporter 48 encoches et 8 pôles.
Dans un autre exemple de réalisation tel qu’illustré à la figure 4, l’angle élémentaire peut être de 1,5° entre paquets, avec un angle total de vrillage 4,5°. La machine peut comporter 63 encoches et 6 pôles. Dans cet exemple, la longueur de la masse rotorique peut être de 110 mm, avec 4 paquets de 27,5 mm. Le diamètre de la masse rotorique peut être de 70,15 mm.
Dans un autre exemple de réalisation tel qu’illustré à la figure 4, l’angle élémentaire peut être de 1,5° entre paquets, avec un angle total de vrillage 4,5°. La machine peut comporter 63 encoches et 6 pôles. Dans cet exemple, la longueur de la masse rotorique peut être de 165 mm, avec 4 paquets de 41,25 mm. Le diamètre de la masse rotorique peut être de 70,15 mm.
Dans un autre exemple de réalisation tel qu’illustré à la figure 6, l’angle élémentaire peut être de 1,5° entre paquets, avec un angle total de vrillage 4,5°. La machine peut comporter 63 encoches et 6 pôles. Dans cet exemple, la longueur de la masse rotorique peut être de 192,5 mm, avec 4 paquets de 27,5 mm. Le diamètre de la masse rotorique peut être de 70,15 mm.
Tous les paquets du rotor peuvent avoir chacun la même longueur, comme illustré aux figures 1 à 6.
En variante, deux paquets peuvent avoir des longueurs différentes, comme illustré à la figure 8. Dans ce mode de réalisation, les deux paquets centraux ont une longueur 12 plus grande que la longueur 11 des autres paquets.
Par ailleurs, il est possible de reproduire plusieurs fois le motif simple en V ou en chevrons.
A titre d’exemple, on a illustré à la figure 9 un exemple de réalisation dans lequel on reproduit 3 fois le motif du mode de réalisation de la figure 1. Le nombre résultant de paquets n est toujours de 2, avec un nombre total de paquets nt = 6.
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 10, on reproduit 2 fois le motif du mode de réalisation de la figure 4. Le nombre résultant de paquets n est toujours de 2, avec un nombre total de paquets nt = 6. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits.
Par exemple, on peut réaliser le rotor avec l’angle élémentaire d ayant une autre valeur, qui peut être comprise dans l’un des deux intervalles suivant : pour un bobinage fractionnaire : (360/(pn(he+2k)) < d < (360/(pn(he-2k)) ou pour un bobinage entier : (360/(pn(he+[2k+l]))) < d < (360/(pn(he-[2k+l])) avec p le nombre de paires de pôles du rotor, n le nombre de paquets consécutifs décalés dans un même sens autour de l’axe de rotation, he l’harmonique d’encoches, où he = Ns/p, avec Ns le nombre d’encoches, et k égal à 0, 1 ou 2 et (he-2k)>l pour un bobinage fractionnaire et (he-(2k+l))>l pour un bobinage entier.

Claims

Revendications
1. Machine électrique tournante comportant :
- un stator comportant des dents et des encoches entre les dents, des conducteurs électriques étant logés dans les encoches, les conducteurs électriques formant un bobinage fractionnaire, le nombre de dents et d’encoches (Ns) étant notamment de 63, et
- un rotor (1) comportant une masse rotorique (3) et des aimants permanents insérés dans celle-ci, la masse rotorique étant composée d’une pluralité de paquets (5) disposés consécutivement le long d’un axe de rotation du rotor, deux paquets consécutifs étant décalés angulairement autour de l’axe de rotation du rotor d’un angle élémentaire (d), avec l’angle élémentaire (d) compris dans l’intervalle suivant :
(360/(pn(he+2k)) < d < (360/(pn(he-2k)) avec p le nombre de paires de pôles du rotor, n le nombre de paquets consécutifs décalés dans un même sens autour de l’axe de rotation, he l’harmonique d’encoches, où he = Ns/p, avec Ns le nombre d’encoches, et k égal à 0, 1 ou 2 et (he-2k)>l, le rotor (1) comportant 6 pôles.
2. Machine selon la revendication précédente, dans laquelle, avec n paquets (5), l’angle élémentaire d est compris dans l’intervalle suivant :
(360/(25pn)) < d < (360/(17pn)).
3. Machine selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’angle élémentaire d est égale à 1,5° avec 4 paquets (5).
4. Machine selon l’une quelconque des revendications précédentes sauf la revendication précédente, dans laquelle l’angle élémentaire d est égale à 3,1° avec 2 paquets (5).
5. Machine électrique tournante comportant :
- un stator comportant des dents et des encoches entre les dents, des conducteurs électriques étant logés dans les encoches, les conducteurs électriques formant un bobinage entier, le nombre de dents et d’encoches étant de 48, et
- un rotor (1) comportant une masse rotorique (3) et des aimants permanents insérés dans celle-ci, la masse rotorique étant composée d’une pluralité de paquets (5) disposés consécutivement le long d’un axe de rotation du rotor, deux paquets consécutifs étant décalés angulairement autour de l’axe de rotation du rotor d’un angle élémentaire (d), avec l’angle élémentaire d compris dans l’intervalle suivant :
(360/ (pn(he+ [2k+ 1 ] ))) < d < (360/(pn(he-[2k+l])) avec p le nombre de paires de pôles du rotor, n le nombre de paquets consécutifs décalés dans un même sens autour de l’axe de rotation, he l’harmonique d’encoches, où he = Ns/p, avec Ns le nombre d’encoches, et k égal à 0, 1 ou 2 et (he-(2k+l))>l.
6. Machine selon la revendication précédente, dans laquelle, avec n paquets (5), l’angle élémentaire d est compris dans l’intervalle suivant :
(360/(17pn)) < d < (360/(7pn)), notamment dans l’intervalle 2,25 < d < 3,21.
7. Machine selon la revendication précédente, le stator ayant un nombre d’encoches par pôle et par phase (Z) égale à 2.
8. Machine selon l’une des deux revendications précédentes, l’angle élémentaire d étant égale à 2,5°, notamment avec 4 paquets (5).
9. Machine selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’angle élémentaire de vrillage (d) est égal à d = 360/(pnh), où h est l’harmonique électrique d’induction du rotor que l’on cherche à minimiser.
10. Machine selon l’une quelconque des revendications précédentes, les paquets (5) de la masse rotorique (3) étant décalés angulairement tous dans un même sens autour de l’axe de rotation (X) du rotor.
11. Machine selon l’une quelconque des revendications précédentes, les paquets (5) de la masse rotorique (3) étant décalés angulairement successivement dans un sens puis dans l’autre, étant disposés en V.
12. Machine selon l’une quelconque des revendications précédentes, les paquets (5) de la masse rotorique (3) étant décalés angulairement successivement dans un sens puis dans l’autre, étant disposés en chevrons.
13. Machine selon l’une quelconque des revendications précédentes, tous les paquets (5) du rotor (1) ayant chacun la même longueur.
EP21755011.0A 2020-07-23 2021-07-16 Machine electrique tournante comprenant un rotor a paquets decales Pending EP4186144A2 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2007737A FR3112906B1 (fr) 2020-07-23 2020-07-23 Machine électrique tournante
PCT/FR2021/051326 WO2022018363A2 (fr) 2020-07-23 2021-07-16 Machine électrique tournante

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4186144A2 true EP4186144A2 (fr) 2023-05-31

Family

ID=72885770

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP21755011.0A Pending EP4186144A2 (fr) 2020-07-23 2021-07-16 Machine electrique tournante comprenant un rotor a paquets decales

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4186144A2 (fr)
FR (1) FR3112906B1 (fr)
WO (1) WO2022018363A2 (fr)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3136611B1 (fr) * 2022-06-09 2024-08-02 Nidec Psa Emotors Rotor de machine électrique tournante

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1920160A1 (de) 1968-05-03 1970-03-19 Ambac Ind Elektrisches System fuer einen Motor
US7067948B2 (en) 2002-10-18 2006-06-27 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Permanent-magnet rotating machine
US6867524B2 (en) 2003-06-04 2005-03-15 Ford Global Technologies, Llc Rotor skew methods for permanent magnet motors
JP4070674B2 (ja) 2003-07-31 2008-04-02 株式会社東芝 リラクタンス型回転電機の回転子
DE102006033718B4 (de) 2006-07-20 2017-10-19 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische Maschine mit schräg verlaufenden Magnetpolgrenzen
US20100277027A1 (en) 2009-04-30 2010-11-04 Gm Global Technology Operations, Inc. Skew pattern for a permanent magnet rotor
JP5469955B2 (ja) 2009-08-12 2014-04-16 日立オートモティブシステムズ株式会社 車両用回転電機
EP2451049A1 (fr) 2010-11-03 2012-05-09 Brusa Elektronik AG Rotor ayant un paquet de tôles pour une machine électrique, notamment pour une machine synchrone
US20140265702A1 (en) 2013-03-14 2014-09-18 Remy Technologies Llc Electric Machine with Skewed Permanent Magnet Arrangement
DE102014017304A1 (de) 2014-11-21 2016-05-25 Daimler Ag Rotor für elektrische Maschinen und Verfahren zu dessen Herstellung
JP6550846B2 (ja) * 2015-03-27 2019-07-31 アイシン精機株式会社 回転電機
CN105226859B (zh) 2015-11-03 2018-08-07 中科盛创（青岛）电气股份有限公司 一种永磁电机v形斜极的转子结构
CN106787559A (zh) 2015-11-19 2017-05-31 襄阳宇清传动科技有限公司 一种电动汽车驱动永磁同步电机转子
CN109643919A (zh) * 2016-08-25 2019-04-16 三菱电机株式会社 旋转电机
CN106849431A (zh) 2017-03-31 2017-06-13 苏州汇川联合动力系统有限公司 分段斜极转子及永磁同步电机
CN207339461U (zh) 2017-09-29 2018-05-08 比亚迪股份有限公司 电机的转子组件和具有其的电机
US10505416B2 (en) * 2017-11-09 2019-12-10 Ford Global Technologies, Llc Patterned offset pole rotor
DE102018219244A1 (de) * 2018-11-12 2020-05-14 Mahle Lnternational Gmbh Rotoreinheit für eine elektrische Maschine

Also Published As

Publication number Publication date
FR3112906B1 (fr) 2023-10-13
WO2022018363A3 (fr) 2022-03-31
WO2022018363A2 (fr) 2022-01-27
FR3112906A1 (fr) 2022-01-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3130061B1 (fr) Stator de machine electrique tournante
WO2020174179A1 (fr) Stator de machine electrique tournante
FR3019949A1 (fr) Rotor de machine electrique tournante.
EP4066358A1 (fr) Stator de machine électrique tournante avec bobinage asymétrique
WO2022018363A2 (fr) Machine électrique tournante
EP3931941A1 (fr) Stator de machine electrique tournante
WO2021123539A1 (fr) Rotor de machine électrique tournante
FR3128073A1 (fr) Stator de machine électrique tournante
WO2021123612A1 (fr) Rotor de machine electrique tournante
WO2020174187A1 (fr) Stator de machine électrique tournante
FR3128074A1 (fr) Stator de machine électrique tournante
FR3111245A1 (fr) Rotor de machine electrique tournante
EP4371213A1 (fr) Stator de machine électrique tournante et procédé de fabrication
EP4371214A1 (fr) Stator de machine électrique tournante et procédé de fabrication
FR3105636A1 (fr) Rotor de machine electrique tournante
FR3101491A1 (fr) Rotor de machine electrique tournante
WO2021019152A1 (fr) Stator de machine électrique tournante avec bobinage simplifié
EP4416832A1 (fr) Procédé de fabrication et stator de machine électrique tournante avec bobinage asymétrique
EP3785349A1 (fr) Rotor de machine electrique tournante
EP4315567A1 (fr) Conducteur électrique pour stator de machine électrique tournante et procédé de fabrication
WO2023237827A1 (fr) Rotor de machine électrique tournante
FR3128075A1 (fr) Procédé de fabrication et stator de machine électrique tournante avec bobinage asymétrique

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20230206

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)