FR3123519A1 - ELECTRIC ROTATING MACHINE WITH CO-AXIAL CONFIGURATION - Google Patents
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Abstract
L’invention porte principalement sur un rotor (5) de machine électrique (10) notamment pour véhicule automobile, comprenant : un arbre de rotor (14) apte à tourner autour d’un axe (X) de rotation de la machine, un corps de rotor (15) fixé sur l’arbre de rotor et comprenant un aimant permanent (16), l'arbre de rotor (14) étant creux de façon à délimiter une ouverture (25) traversant axialement ledit arbre de rotor (14) de part en part, l’ouverture étant adaptée pour le passage d'un arbre de traction (30) appartenant à une chaine de traction du véhicule automobile, caractérisé en ce que l’aimant permanent (16) est agencé selon un réseau de Halbach Figure pour abrégé : Figure 1The invention relates mainly to a rotor (5) of an electric machine (10) in particular for a motor vehicle, comprising: a rotor shaft (14) capable of rotating around an axis (X) of rotation of the machine, a body rotor (15) fixed to the rotor shaft and comprising a permanent magnet (16), the rotor shaft (14) being hollow so as to delimit an opening (25) passing axially through said rotor shaft (14) right through, the opening being adapted for the passage of a traction shaft (30) belonging to a traction chain of the motor vehicle, characterized in that the permanent magnet (16) is arranged according to a Halbach network for abbreviated: Figure 1
Description
La présente invention porte sur une machine électrique tournante à configuration co-axiale. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, avec les machines électriques tournantes pour véhicules automobiles.The present invention relates to a rotary electrical machine with coaxial configuration. The invention finds a particularly advantageous, but not exclusive, application with rotating electrical machines for motor vehicles.
De façon connue en soi, les machines électriques tournantes comportent un stator et un rotor solidaire d'un arbre. Le rotor pourra être solidaire d'un arbre menant et/ou mené et pourra appartenir à une machine électrique tournante sous la forme d'un alternateur, d'un moteur électrique, ou d'une machine réversible pouvant fonctionner dans les deux modes.In a manner known per se, rotating electrical machines comprise a stator and a rotor secured to a shaft. The rotor may be integral with a driving and/or driven shaft and may belong to a rotating electric machine in the form of an alternator, an electric motor, or a reversible machine that can operate in both modes.
Le stator est monté dans un carter configuré pour porter à rotation l'arbre par exemple par l'intermédiaire de roulements. Le rotor comporte un corps formé par un empilage de feuilles de tôles maintenues sous forme de paquet au moyen d'un système de fixation adapté, tel que des rivets traversant axialement le corps du rotor de part en part. Le rotor comporte des pôles formés par exemple par des aimants permanents logés dans des cavités ménagées dans la masse magnétique du rotor, comme cela est décrit par exemple dans le document EP0803962. Alternativement, dans une architecture dite à pôles "saillants", les pôles sont formés par des bobines enroulées autour de bras du rotor. La machine peut être asynchrone et synchro-reluctante.The stator is mounted in a housing configured to rotate the shaft, for example via bearings. The rotor comprises a body formed by a stack of sheet metal sheets held in the form of a package by means of a suitable fastening system, such as rivets passing axially through the body of the rotor right through. The rotor comprises poles formed for example by permanent magnets housed in cavities formed in the magnetic mass of the rotor, as described for example in document EP0803962. Alternatively, in a so-called "salient" pole architecture, the poles are formed by coils wound around the arms of the rotor. The machine can be asynchronous and synchro-reluctant.
Par ailleurs, le stator comporte un corps constitué par un empilage de tôles minces formant une couronne, dont la face interne est pourvue d'encoches ouvertes vers l'intérieur pour recevoir des enroulements de phases. Ces enroulements de phases traversent les encoches du corps du stator et forment des chignons faisant saillie de part et d'autre du corps du stator. Les enroulements de phases sont obtenus par exemple à partir d'un fil continu recouvert d'émail. Ces enroulements sont des enroulements polyphasés connectés en étoile ou en triangle dont les sorties sont reliées à un onduleur de puissance.Furthermore, the stator comprises a body consisting of a stack of thin laminations forming a crown, the inner face of which is provided with slots open inwards to receive phase windings. These phase windings pass through the notches of the body of the stator and form buns protruding from either side of the body of the stator. The phase windings are obtained for example from a continuous wire covered with enamel. These windings are polyphase windings connected in star or in delta whose outputs are connected to a power inverter.
Dans certains types de chaînes de traction de véhicule automobile, une machine électrique tournante réversible de forte puissance est accouplée à la boîte de vitesses du véhicule ou à un train du véhicule automobile. La machine électrique est alors apte à fonctionner dans un mode alternateur pour fournir notamment de l’énergie à la batterie et/ou au réseau de bord du véhicule, et dans un mode moteur, non seulement pour assurer le démarrage du moteur thermique, mais également pour participer à la traction du véhicule seule ou en combinaison avec le moteur thermique. Compte tenu de l'espace disponible réduit au niveau du train ou de la boîte de vitesses, il peut être difficile d'intégrer la machine électrique dans certaines configurations de véhicules automobiles.In certain types of motor vehicle traction chains, a high-power reversible rotating electrical machine is coupled to the vehicle gearbox or to a train of the motor vehicle. The electric machine is then able to operate in an alternator mode in particular to supply energy to the battery and/or to the on-board network of the vehicle, and in a motor mode, not only to ensure the starting of the combustion engine, but also to participate in the traction of the vehicle alone or in combination with the internal combustion engine. Given the reduced space available at the level of the train or the gearbox, it may be difficult to integrate the electric machine into certain configurations of motor vehicles.
L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un rotor de machine électrique, notamment pour véhicule automobile, comprenant:
- un arbre de rotor apte à tourner autour d’un axe de rotation de la machine,
- un corps de rotor fixé sur l’arbre de rotor et comprenant un aimant permanent,
- l'arbre de rotor étant creux de façon à délimiter une ouverture traversant axialement ledit arbre de rotor de part en part, l’ouverture étant adaptée pour le passage d'un arbre de traction appartenant à une chaine de traction du véhicule automobile.
- a rotor shaft capable of rotating around an axis of rotation of the machine,
- a rotor body fixed on the rotor shaft and comprising a permanent magnet,
- the rotor shaft being hollow so as to delimit an opening passing axially through said rotor shaft right through, the opening being adapted for the passage of a traction shaft belonging to a traction chain of the motor vehicle.
Le rotor est remarquable en ce que l’aimant permanent est agencé selon un réseau de Halbach.The rotor is remarkable in that the permanent magnet is arranged in a Halbach array.
La présente invention permet ainsi, en autorisant le passage d'un arbre de l'architecture de véhicule automobile, d'obtenir un ensemble compact donc facilement implantable dans un environnement du véhicule automobile, tel que sur un train du véhicule automobile ou à l'intérieur d'une boîte de vitesses.The present invention thus makes it possible, by authorizing the passage of a shaft of the motor vehicle architecture, to obtain a compact assembly which is therefore easily implantable in an environment of the motor vehicle, such as on a train of the motor vehicle or at the inside a gearbox.
L’alimentation selon un réseau de Halbach permet de réduire les contraintes sur le diamètre interne du rotor permettant de réaliser un arbre creux coaxial plus facilement. Par ailleurs, l’inertie du rotor sera réduite, les performances en accélération, en temps de réaction et la commande de la machine électrique en dynamique seront améliorées. Cela est particulièrement avantageux pour les architectures de type P0/P4 pour lesquelles de hautes performances dynamiques sont attendues.The supply according to a Halbach network makes it possible to reduce the constraints on the internal diameter of the rotor making it possible to produce a coaxial hollow shaft more easily. In addition, the inertia of the rotor will be reduced, the performance in acceleration, in reaction time and the control of the electric machine in dynamics will be improved. This is particularly advantageous for architectures of the P0/P4 type for which high dynamic performance is expected.
Selon un aspect de l’invention, l’aimant permanent peut être en matériau ferromagnétique. L’aimant permanent peut être en terres rares.According to one aspect of the invention, the permanent magnet can be made of ferromagnetic material. The permanent magnet can be rare earth.
Selon un aspect de l’invention, l’aimant permanent peut être moulé à base de particules magnétiques noyées dans un liant réalisé dans une matière non magnétique. Le liant a par exemple une température de fusion égale ou supérieure à la température de Curie desdites particules magnétique. Les particules magnétiques sont par exemple réalisées en Néodyme-Fer-Bore ou en Samarium-Fer-Azote et le liant est par exemple réalisé dans un matériau plastique. Les particules peuvent être réalisées en ferrites.According to one aspect of the invention, the permanent magnet can be molded based on magnetic particles embedded in a binder made of a non-magnetic material. The binder has for example a melting point equal to or greater than the Curie temperature of said magnetic particles. The magnetic particles are for example made of Neodymium-Iron-Boron or Samarium-Iron-Nitrogen and the binder is for example made of a plastic material. The particles can be made of ferrites.
Selon une réalisation, le matériau utilisé peut présenter une rémanence de l'ordre de 0.3 Tesla, notamment supérieure à 0.6 Tesla. Le procédé de mesure pour la rémanence du matériau est celle décrite par la norme NFEN60404-5.According to one embodiment, the material used may have a remanence of the order of 0.3 Tesla, in particular greater than 0.6 Tesla. The measurement method for the remanence of the material is that described by standard NFEN60404-5.
Selon un aspect de l’invention, le corps de rotor peut comprendre un unique aimant permanent monobloc définissant l’ensemble des pôles du rotor. Le corps de rotor peut comprendre une pluralité de sections d’aimant permanent, notamment autant de sections d’aimant permanent que de pôles du rotor. Dans ce cas-là, les sections d’aimant permanent définissent l’aimant permanent.According to one aspect of the invention, the rotor body may comprise a single one-piece permanent magnet defining all of the poles of the rotor. The rotor body may comprise a plurality of permanent magnet sections, in particular as many permanent magnet sections as there are poles of the rotor. In this case, the permanent magnet sections define the permanent magnet.
Par « section d’aimant permanent » on entend une pièce monobloc solide qui peut comprendre plusieurs directions d’aimantations.By “permanent magnet section” is meant a solid one-piece part which can include several directions of magnetizations.
Selon un aspect de l’invention, le corps de rotor peut comprendre une frette externe entourant l’aimant permanent.According to one aspect of the invention, the rotor body may comprise an external hoop surrounding the permanent magnet.
La frette externe permet de renforcer la résistance en centrifugation du rotor en maintenant en position l’aimant permanent.The external hoop reinforces the centrifugation resistance of the rotor by holding the permanent magnet in position.
Selon un aspect de l’invention, le corps de rotor peut comprendre une frette interne. L’aimant permanent peut être disposé entre la frette externe et la frette interne.According to one aspect of the invention, the rotor body may include an internal hoop. The permanent magnet can be arranged between the external hoop and the internal hoop.
Selon un aspect de l’invention, la frette externe et la frette interne peuvent présenter la même dimension axiale que l’aimant permanent.According to one aspect of the invention, the external hoop and the internal hoop can have the same axial dimension as the permanent magnet.
Selon un aspect de l’invention, la frette interne peut être montée à force sur l’arbre de rotor. La frette interne et/ou la frette externe peuvent être d’un seul tenant.According to one aspect of the invention, the internal hoop can be force-fitted onto the rotor shaft. The inner hoop and/or the outer hoop can be in one piece.
Selon un aspect de l’invention, l’aimant permanent peut être monté directement sur l’arbre de rotor.According to one aspect of the invention, the permanent magnet can be mounted directly on the rotor shaft.
Selon un aspect de l’invention, la frette interne peut présenter une épaisseur radiale constante. Selon un aspect de l’invention, la frette externe peut présenter une épaisseur constante.According to one aspect of the invention, the internal hoop may have a constant radial thickness. According to one aspect of the invention, the outer hoop may have a constant thickness.
Selon un aspect de l’invention, entre deux droites perpendiculaires à l’axe de rotation, coupant l’axe de rotation et formant entre elles un angle d’au moins 5°, une épaisseur radiale de l’aimant permanent varie.According to one aspect of the invention, between two straight lines perpendicular to the axis of rotation, intersecting the axis of rotation and forming between them an angle of at least 5°, a radial thickness of the permanent magnet varies.
Selon un aspect de l’invention, la frette interne peut être de forme complémentaire à une forme de l’aimant permanent.According to one aspect of the invention, the internal hoop can be of a shape complementary to a shape of the permanent magnet.
Selon un aspect de l’invention, l’ensemble formé par l’aimant permanent et la frette interne peut être d’une épaisseur radiale sensiblement constante.According to one aspect of the invention, the assembly formed by the permanent magnet and the internal hoop can have a substantially constant radial thickness.
Il est ainsi possible de réaliser l’aimant permanent de taille réduite par rapport à l’aimant de l’art antérieur, tout en conservant les performances. Cela est rendu possible grâce à l’optimisation de la forme de l’aimant permanent et à la géométrie de la frette interne, qui présente une forme complémentaire de celle de l’aimant permanent. D’une part, la forme optimisée de l’aimant permanent permet d’économiser de la matière première et suffit à produire le champ magnétique nécessaire aux performances. D’autre part, la forme complémentaire de la frette interne permet de canaliser et guider le flux magnétique entre les pôles magnétiques et donc de minimiser les pertes de flux.It is thus possible to produce the permanent magnet of reduced size compared to the magnet of the prior art, while maintaining performance. This is made possible by optimizing the shape of the permanent magnet and the geometry of the internal hoop, which has a complementary shape to that of the permanent magnet. On the one hand, the optimized shape of the permanent magnet saves raw material and is sufficient to produce the magnetic field necessary for performance. On the other hand, the complementary shape of the internal hoop makes it possible to channel and guide the magnetic flux between the magnetic poles and therefore to minimize flux losses.
Il en résulte de conséquentes économies de terres rares, engendrant à la fois des économies de coûts et une réduction de l’impact environnemental. Il en résulte aussi un allègement conséquent du poids du rotor, ce qui est toujours très positif dans la conception d’une machine électrique tournante.This results in significant rare earth savings, resulting in both cost savings and reduced environmental impact. This also results in a significant reduction in the weight of the rotor, which is always very positive in the design of a rotating electrical machine.
Selon un aspect de l’invention, l’aimant permanent peuvent être directement surmoulés dans la frette interne qui présente une forme complémentaire à celle de l’aimant permanent. Il est donc possible de s’affranchir d’agrafes. La géométrie de l’aimant permanent et la complémentarité de formes permet aussi d’améliorer le maintien de l’aimant permanent dans la direction orthoradiale.According to one aspect of the invention, the permanent magnet can be directly molded into the internal hoop which has a shape complementary to that of the permanent magnet. It is therefore possible to get rid of staples. The geometry of the permanent magnet and the complementarity of shapes also improves the holding of the permanent magnet in the orthoradial direction.
Par « sensiblement », on entend une variation de l’épaisseur radiale de l’ensemble formé par l’aimant permanent et la frette interne de l’ordre de 2 à 3 %.By "substantially", we mean a variation in the radial thickness of the assembly formed by the permanent magnet and the internal hoop of the order of 2 to 3%.
Selon un aspect de l’invention, une surface interne de l’aimant permanent, en regard de la frette interne, peut présenter un rayon de courbure inférieur à un rayon de courbure d’une surface externe de la frette interne.According to one aspect of the invention, an internal surface of the permanent magnet, opposite the internal hoop, may have a radius of curvature smaller than a radius of curvature of an external surface of the internal hoop.
Selon un autre aspect de l’invention, l’aimant permanent peut présenter, en regard de la frette interne, un profil présentant au moins une forme concave.According to another aspect of the invention, the permanent magnet may have, opposite the internal hoop, a profile having at least one concave shape.
La forme concave que peut présenter le profil de l’aimant permanent, en regard de la frette interne, permet de réaliser des économies de matière première et en outre permet de faciliter le maintien de l’aimant permanent dans la direction orthoradiale.The concave shape that the profile of the permanent magnet may have, facing the internal hoop, allows savings in raw material and also facilitates the maintenance of the permanent magnet in the orthoradial direction.
Selon un aspect de l’invention, un ensemble formé par l’aimant permanent et la frette interne est d’une épaisseur radiale sensiblement constante sur au moins 90 % de la circonférence du corps de rotor.According to one aspect of the invention, an assembly formed by the permanent magnet and the internal hoop has a substantially constant radial thickness over at least 90% of the circumference of the rotor body.
Selon un autre aspect de l’invention, l’aimant permanent peut présenter une surface externe cylindrique de rayon appelé le premier rayon et une surface interne présentant au moins une forme concave, ladite surface interne s’inscrivant dans un cylindre de rayon appelé le deuxième rayon, l’aimant permanent occupant au moins 50 % du volume d’un anneau de rayon interne le premier rayon et de rayon externe le deuxième rayon.According to another aspect of the invention, the permanent magnet may have a cylindrical outer surface with a radius called the first radius and an inner surface having at least one concave shape, said inner surface being part of a cylinder with a radius called the second radius, the permanent magnet occupying at least 50% of the volume of a ring of inner radius the first radius and outer radius the second radius.
Cette structure permet de réaliser de l’ordre de 40 % d’économies de matière aimantée par rapport à des aimants permanents de l’art antérieur, pour des performances égales.This structure makes it possible to achieve savings of around 40% in magnetic material compared to permanent magnets of the prior art, for equal performance.
Selon un aspect de l’invention, la frette interne peut comprendre une partie interne et une partie externe, ladite partie interne présentant une surface périphérique externe plaquée contre une surface périphérique interne de la partie externe, et ladite partie externe présentant une surface périphérique externe épousant la forme de l’aimant permanent.According to one aspect of the invention, the internal hoop may comprise an internal part and an external part, said internal part having an external peripheral surface pressed against an internal peripheral surface of the external part, and said external part presenting an external peripheral surface matching the shape of the permanent magnet.
Selon un aspect de l’invention, la partie interne et la partie externe de la frette interne peuvent former un seul bloc en acier. En variante, la partie interne et la partie externe de la frette interne peuvent être constituées d’un seul et même paquet de tôles. Selon un autre exemple de réalisation, les parties externe et interne de la frette interne peuvent être en acier.According to one aspect of the invention, the internal part and the external part of the internal hoop can form a single steel block. As a variant, the internal part and the external part of the internal hoop can be made up of a single and same stack of laminations. According to another exemplary embodiment, the outer and inner parts of the inner hoop can be made of steel.
Selon un autre exemple de réalisation, la partie interne de la frette interne peut être en acier et la partie externe peut être constituée d’un paquet de tôles.According to another exemplary embodiment, the internal part of the internal hoop can be made of steel and the external part can be made up of a stack of sheets.
Selon un autre exemple de réalisation, la partie interne de la frette interne peut être constituée d’un paquet de tôles et la partie externe peut être en acier.According to another exemplary embodiment, the internal part of the internal hoop can be made up of a stack of sheets and the external part can be made of steel.
D’une part, cette structure de la frette interne, avec une grande épaisseur radiale de matière, permet d’absorber les vibrations du rotor et donc de réduire le bruit d’une machine électrique tournante comportant un tel rotor. D’autre part, la frette interne étant en acier (les tôles sont en acier également), elle est majoritairement constituée de fer. La forme complémentaire de la frette interne, associée aux propriétés magnétiques du fer, permettent de fermer le circuit magnétique et d’éviter les pertes.On the one hand, this structure of the internal hoop, with a large radial thickness of material, makes it possible to absorb the vibrations of the rotor and therefore to reduce the noise of a rotating electrical machine comprising such a rotor. On the other hand, the internal hoop being made of steel (the sheets are also made of steel), it is mainly made of iron. The complementary shape of the internal hoop, combined with the magnetic properties of iron, make it possible to close the magnetic circuit and avoid losses.
Les tôles du paquet sont par exemple boutonnées, soudées, collées ou serrées avec des tirants.The sheets of the package are for example buttoned, welded, glued or tightened with tie rods.
Selon un aspect de l’invention, la partie externe de la frette interne est emmanchée dans la partie interne. La partie interne et la partie externe de la frette interne peuvent être rendues solidaires par tout moyen tel que collage, clouage, sertissage, soudage, vissage, griffage ou encore au moyen d’un clip.According to one aspect of the invention, the outer part of the inner hoop is fitted into the inner part. The internal part and the external part of the internal hoop can be made integral by any means such as gluing, nailing, crimping, welding, screwing, scratching or even by means of a clip.
Selon un aspect de l’invention, l’aimant permanent peut être emmanché dans la frette interne.According to one aspect of the invention, the permanent magnet can be fitted into the internal hoop.
Selon un aspect différent de l’invention, l’aimant permanent peut être agrafé ou collé à la frette interne. En variante, l’aimant permanent peut être surmoulé dans la frette interne.According to a different aspect of the invention, the permanent magnet can be stapled or glued to the internal hoop. Alternatively, the permanent magnet can be molded into the internal hoop.
Cela permet de s’affranchir de moyens de fixation tels que des agrafes.This eliminates the need for fixing means such as staples.
Selon un autre aspect de l’invention, la partie externe de la frette interne peut être munie de crans sur sa surface périphérique interne, lesdits crans venant se loger dans des rainures ménagées sur la surface périphérique interne de la partie externe de la frette interne.According to another aspect of the invention, the outer part of the inner hoop can be provided with notches on its inner peripheral surface, said notches being housed in grooves formed on the inner peripheral surface of the outer part of the inner hoop.
Selon un aspect de l’invention, le rotor peut comprendre une première bague de roulement et une deuxième de roulement disposées axialement de part et d’autres de l’aimant permanent.According to one aspect of the invention, the rotor may comprise a first bearing ring and a second bearing ring arranged axially on either side of the permanent magnet.
Des roulements peuvent ainsi de part et d’autre de l’aimant permanent.Bearings can thus be on either side of the permanent magnet.
Selon un aspect de l’invention, les bagues de roulement peuvent être fixées sur l’arbre de rotor.According to one aspect of the invention, the bearing rings can be fixed on the rotor shaft.
En variante, les bagues de roulement peuvent être fixées sur la frette interne. La frette interne peut être intercalé entre les bagues de roulement et l’arbre de rotor. La frette interne peut se prolonger axialement au-delà de l’aimant permanent.Alternatively, the bearing rings can be fixed on the internal hoop. The internal collar can be inserted between the bearing rings and the rotor shaft. The internal hoop may extend axially beyond the permanent magnet.
Selon un aspect de l’invention, le corps de rotor peut présenter un diamètre et l’ouverture peut présenter un diamètre. Le diamètre de l’ouverture peut être compris entre 70% et 90% du diamètre du corps de rotor. De préférence, le diamètre de l’ouverture peut être compris entre 75% et 85% du diamètre du corps de rotor.According to one aspect of the invention, the rotor body can have a diameter and the opening can have a diameter. The diameter of the opening can be between 70% and 90% of the diameter of the rotor body. Preferably, the diameter of the opening can be between 75% and 85% of the diameter of the rotor body.
L’invention a également pour objet un procédé d’aimantation de l’aimant permanent. Le procédé est remarquable en ce que l’aimant permanent est aimanté avant que le corps de rotor ne soit monté sur l’arbre de rotor.The invention also relates to a process for magnetizing the permanent magnet. The process is remarkable in that the permanent magnet is magnetized before the rotor body is mounted on the rotor shaft.
En variante, l’aimant permanent peut être aimanté une fois le corps de rotor monté sur l’arbre de rotor.Alternatively, the permanent magnet can be magnetized once the rotor body is mounted on the rotor shaft.
La polarisation de l’aimant permanentin situ, notamment à un stade avancé du montage ou de l’assemblage, permet de s’adapter à un grand nombre de structure de machine électrique. La polarité peut être fixé à un stade avancé de la fabrication.The polarization of the permanent magnet in situ , in particular at an advanced stage of mounting or assembly, makes it possible to adapt to a large number of electrical machine structures. The polarity can be fixed at an advanced stage of manufacture.
L’invention a également pour objet une machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, comportant:
- un stator comportant un corps de stator et un bobinage inséré dans des encoches du corps de stator et
- un rotor selon tel que décrit précédemment.The invention also relates to a rotating electrical machine, in particular for a motor vehicle, comprising:
- a stator comprising a stator body and a winding inserted in notches of the stator body and
- A rotor as described above.
Selon une réalisation, le bobinage est formé par des éléments conducteurs en forme d'épingles. Selon une réalisation, le corps de stator contient entre deux et six conducteurs par encoche, par exemple quatre.According to one embodiment, the winding is formed by conductive elements in the form of pins. According to one embodiment, the stator body contains between two and six conductors per slot, for example four.
L’association du réseau de Halbach aux épingles du bobinage permet de réduire les pertes à hautes vitesses et d’obtenir ainsi une machine avec un rendement augmenté.The association of the Halbach network with the winding pins makes it possible to reduce losses at high speeds and thus to obtain a machine with increased efficiency.
Selon un aspect de l’invention la machine peut présenter entre deux et huit paires de pôles, par exemple cinq, par exemple six.According to one aspect of the invention, the machine may have between two and eight pairs of poles, for example five, for example six.
Selon un aspect de l’invention le stator peut comprendre entre trois et douze phases.According to one aspect of the invention, the stator can comprise between three and twelve phases.
Selon une réalisation, la machine électrique tournante peut présenter une puissance nominale comprise entre 15 et 35 kW, par exemple 25 kW.According to one embodiment, the rotating electrical machine may have a nominal power of between 15 and 35 kW, for example 25 kW.
Selon une réalisation, un onduleur de puissance est disposé suivant un côté radial de la machine électrique tournante. L’onduleur est disposé radialement au-dessus de la machine électrique. L’onduleur de puissance n’est pas dans l’espace dans lequel est disposé les arbres. En variante l’onduleur peut être disposé sur un côté axial de la machine. L’onduleur peut être troué et présenter une forme cylindrique creuse.According to one embodiment, a power inverter is arranged along a radial side of the rotating electrical machine. The inverter is arranged radially above the electrical machine. The power inverter is not in the space in which the trees are arranged. Alternatively, the inverter can be arranged on an axial side of the machine. The inverter can be perforated and have a hollow cylindrical shape.
Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante comporte un circuit de refroidissement par eau ou par huile.According to one embodiment, said rotary electrical machine comprises a water or oil cooling circuit.
L’invention a également pour objet une chaine de traction comprenant :
- une machine électrique telle que décrite précédemment,
- un arbre de traction traversant l’ouverture du rotor.
- an electric machine as described previously,
- a traction shaft passing through the opening of the rotor.
Selon une réalisation, l'arbre de traction est un arbre de transmission destiné à être relié à au moins une roue.According to one embodiment, the traction shaft is a transmission shaft intended to be connected to at least one wheel.
Selon une réalisation, l'arbre de traction est un arbre de boîte de vitesses.According to one embodiment, the traction shaft is a gearbox shaft.
Selon un aspect de l’invention, l’arbre de rotor et l’arbre de traction peuvent être coaxiaux.According to one aspect of the invention, the rotor shaft and the traction shaft can be coaxial.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.The invention will be better understood on reading the following description and on examining the accompanying figures. These figures are given only by way of illustration but in no way limit the invention.
La
La machine électrique 10 comprend un stator 4 et un rotor 5. La machine électrique 10 peut présenter entre deux et huit paires de pôles, par exemple cinq, par exemple six. La machine électrique tournante 10 présente par exemple une puissance nominale de 25 kW.The electric machine 10 comprises a stator 4 and a rotor 5. The electric machine 10 can have between two and eight pairs of poles, for example five, for example six. The rotating electrical machine 10 has for example a nominal power of 25 kW.
Dans l’exemple considéré, le stator 4 comportant un corps de stator 6 et un bobinage inséré dans des encoches du corps de stator. Le stator 4 comprend par exemple entre trois et douze phases. Le bobinage est, par exemple, formé par des éléments conducteurs en forme d'épingles. Le corps de stator 6 contient, par exemple, entre deux et six conducteurs par encoche.In the example considered, the stator 4 comprising a stator body 6 and a winding inserted in notches of the stator body. The stator 4 comprises for example between three and twelve phases. The winding is, for example, formed by conductive elements in the form of pins. The stator body 6 contains, for example, between two and six conductors per slot.
Le rotor 5 comprend ici un arbre de rotor 14 et un corps de rotor 15 fixé sur l’arbre de rotor 14. Le corps de rotor 15 comprend un aimant permanent 16.The rotor 5 here comprises a rotor shaft 14 and a rotor body 15 fixed to the rotor shaft 14. The rotor body 15 comprises a permanent magnet 16.
Dans l’exemple considéré, le corps de rotor 15 peut comprendre un unique aimant permanent 16 monobloc définissant l’ensemble des pôles du rotor. En variante, le corps de rotor 15 peut comprendre une pluralité de sections d’aimant permanent 19 définissant l’aimant permanent 16. Le corps de rotor 15 comprend par exemple autant de sections d’aimant permanent 19 que de pôles. Les deux variantes seront décrites en référence aux figures suivantes.In the example considered, the rotor body 15 can comprise a single permanent magnet 16 in one piece defining all the poles of the rotor. As a variant, the rotor body 15 can comprise a plurality of permanent magnet sections 19 defining the permanent magnet 16. The rotor body 15 comprises for example as many permanent magnet sections 19 as there are poles. The two variants will be described with reference to the following figures.
Quelle que soit la configuration de l’aimant permanent 16, monobloc ou fait de plusieurs sections, il est agencé selon un réseau de Halbach.Whatever the configuration of the permanent magnet 16, one-piece or made up of several sections, it is arranged according to a Halbach network.
L’alimentation selon un réseau de Halbach permet de réduire les contraintes sur le diamètre interne du rotor 5 permettant de réaliser un arbre de rotor 14 creux coaxial plus facilement. Par ailleurs, l’inertie du rotor 5 sera réduite, les performances en accélération, en temps de réaction et la commande de la machine électrique en dynamique seront améliorées.Feeding according to a Halbach network makes it possible to reduce the stresses on the internal diameter of the rotor 5 making it possible to produce a coaxial hollow rotor shaft 14 more easily. Furthermore, the inertia of the rotor 5 will be reduced, the performance in acceleration, in reaction time and the control of the electrical machine in dynamics will be improved.
Dans l’exemple considéré, l'arbre de rotor 14 est creux et délimite une ouverture 25 traversant axialement ledit arbre de rotor de part en part.In the example considered, the rotor shaft 14 is hollow and delimits an opening 25 passing axially through said rotor shaft right through.
Dans l’exemple considéré, le corps de rotor 15 présente un diamètre et l’ouverture 25 présente un diamètre. Le diamètre de l’ouverture D1 est compris entre 70% et 90% du diamètre du corps de rotor D2. De préférence, le diamètre de l’ouverture D1 est compris entre 75% et 85% du diamètre du corps de rotor D2.In the example considered, the rotor body 15 has a diameter and the opening 25 has a diameter. The diameter of the opening D1 is between 70% and 90% of the diameter of the rotor body D2. Preferably, the diameter of the opening D1 is between 75% and 85% of the diameter of the rotor body D2.
Dans l’exemple considéré, un arbre de traction 30 de la chaine de traction passe au travers l’ouverture 25. L'arbre de traction 30 est un arbre de transmission destiné à être relié à au moins une roue. L'arbre de traction 30 est par exemple un arbre de boîte de vitesses.In the example considered, a traction shaft 30 of the traction chain passes through the opening 25. The traction shaft 30 is a transmission shaft intended to be connected to at least one wheel. The traction shaft 30 is for example a gearbox shaft.
Dans l’exemple considéré, l’arbre de rotor 14 et l’arbre de traction 30 sont coaxiaux.In the example considered, the rotor shaft 14 and the traction shaft 30 are coaxial.
Dans l’exemple considéré, le corps de rotor 15 comprend une frette interne 17 et une frette externe 18 entre lesquelles est disposé l’aimant permanent 16.In the example considered, the rotor body 15 comprises an internal hoop 17 and an external hoop 18 between which the permanent magnet 16 is arranged.
Dans l’exemple considéré, la frette interne 17 et la frette externe 18 présente la même dimension axiale que l’aimant permanent 16 et la frette interne 17 et la frette externe 18 sont toutes deux d’un seul tenant et d’épaisseur constante, dans la direction radiale.In the example considered, the internal hoop 17 and the external hoop 18 have the same axial dimension as the permanent magnet 16 and the internal hoop 17 and the external hoop 18 are both in one piece and of constant thickness, in the radial direction.
Dans l’exemple considéré, la frette interne 17 est montée à force sur l’arbre de rotor 14. La frette interne et/ou la frette externe peuvent être d’un seul tenant.In the example considered, the internal hoop 17 is force-fitted on the rotor shaft 14. The internal hoop and/or the external hoop can be in one piece.
Dans l’exemple considéré, le rotor 5 comprend une première bague de roulement 20 et une deuxième de roulement 21 disposées axialement de part et d’autres de l’aimant permanent 16.In the example considered, the rotor 5 comprises a first bearing race 20 and a second bearing race 21 arranged axially on either side of the permanent magnet 16.
Selon un aspect de l’invention, les bagues de roulement 20, 21 sont fixées sur l’arbre de rotor. D’autre part, elles sont fixées sur une pièce fixe de la machine électrique 10, par exemple le carter, non représenté ici.According to one aspect of the invention, the bearing rings 20, 21 are fixed on the rotor shaft. On the other hand, they are fixed on a fixed part of the electric machine 10, for example the casing, not shown here.
Dans les exemples à suivre, il est représenté différents types d’aimant permanent 16 équipant le rotor selon l’invention.In the examples to follow, different types of permanent magnet 16 fitted to the rotor according to the invention are represented.
Dans l’exemple considéré à la
Dans l’exemple considéré, l’aimant permanent 16 peut être en matériau ferromagnétique ou en terres rares.In the example considered, the permanent magnet 16 can be made of a ferromagnetic material or of rare earths.
Dans l’exemple considéré, l’aimant permanent 16 peut être moulé à base de particules magnétiques noyées dans un liant réalisé dans une matière non magnétique. Le liant a par exemple une température de fusion égale ou supérieure à la température de Curie desdites particules magnétique. Les particules magnétiques sont par exemple réalisées en Néodyme-Fer-Bore ou en Samarium-Fer-Azote et le liant est par exemple réalisé dans un matériau plastique.In the example considered, the permanent magnet 16 can be molded based on magnetic particles embedded in a binder made of a non-magnetic material. The binder has for example a melting point equal to or greater than the Curie temperature of said magnetic particles. The magnetic particles are for example made of Neodymium-Iron-Boron or Samarium-Iron-Nitrogen and the binder is for example made of a plastic material.
Dans l’exemple considéré, le matériau utilisé peut présenter une rémanence de l'ordre de 0.6 Tesla. Le procédé de mesure pour la rémanence du matériau est celle décrite par la norme NFEN60404-5.In the example considered, the material used may have a remanence of the order of 0.6 Tesla. The measurement method for the remanence of the material is that described by standard NFEN60404-5.
Dans l’exemple considéré à la
Dans l’exemple considéré, huit sections d’aimant permanent 19 sont prévues pour définir les huit pôles du rotor.In the example considered, eight sections of permanent magnet 19 are provided to define the eight poles of the rotor.
Dans l’exemple considéré à la
Dans l’exemple considéré, la frette interne 17 est de forme complémentaire à une forme de l’aimant permanent 16. L’ensemble formé par l’aimant permanent 16 et la frette interne 17 est d’une épaisseur radiale sensiblement constante.In the example considered, the internal hoop 17 has a shape complementary to a shape of the permanent magnet 16. The assembly formed by the permanent magnet 16 and the internal hoop 17 has a substantially constant radial thickness.
Dans l’exemple considéré, l’aimant permanent 16 est directement surmoulés dans la frette interne 17 qui présente une forme complémentaire à celle de l’aimant permanent 16. Il est donc possible de s’affranchir d’agrafes.In the example considered, the permanent magnet 16 is directly overmolded in the internal hoop 17 which has a shape complementary to that of the permanent magnet 16. It is therefore possible to dispense with staples.
Dans l’exemple considéré, une surface interne de l’aimant permanent 16, en regard de la frette interne 17, présente un rayon de courbure inférieur à un rayon de courbure d’une surface externe de la frette interne 17.In the example considered, an internal surface of the permanent magnet 16, opposite the internal hoop 17, has a radius of curvature smaller than a radius of curvature of an external surface of the internal hoop 17.
En particulier dans l’exemple de la
Ces formes concaves permettent de réaliser des économies de matière première et en outre permet de faciliter le maintien de l’aimant permanent 16 dans la direction orthoradiale.These concave shapes make it possible to save raw material and also make it easier to hold the permanent magnet 16 in the orthoradial direction.
Dans l’exemple considéré, un ensemble formé par l’aimant permanent 16 et la frette interne 17 est d’une épaisseur radiale sensiblement constante sur au moins 90 % de la circonférence du corps de rotor.In the example considered, an assembly formed by the permanent magnet 16 and the internal hoop 17 has a substantially constant radial thickness over at least 90% of the circumference of the rotor body.
Dans l’exemple considéré, l’aimant permanent 16 présente une surface externe cylindrique de rayon appelé le premier rayon R2 et une surface interne présentant au moins une forme concave, ladite surface interne s’inscrivant dans un cylindre de rayon appelé le deuxième rayon R1, l’aimant permanent occupant au moins 50 % du volume d’un anneau de rayon interne le premier rayon R2 et de rayon externe le deuxième rayon R1.In the example considered, the permanent magnet 16 has a cylindrical outer surface with a radius called the first radius R2 and an inner surface having at least one concave shape, said inner surface being part of a cylinder with a radius called the second radius R1 , the permanent magnet occupying at least 50% of the volume of a ring of internal radius the first radius R2 and of external radius the second radius R1.
Dans l’exemple considéré, la frette interne 17 comprendre une partie interne 27 et une partie externe 28. La partie interne 27 présente une surface périphérique externe plaquée contre une surface périphérique interne de la partie externe, et ladite partie externe 28 présente une surface périphérique externe épousant la forme de l’aimant permanent 16.In the example considered, the inner hoop 17 comprises an inner part 27 and an outer part 28. The inner part 27 has an outer peripheral surface pressed against an inner peripheral surface of the outer part, and said outer part 28 has a peripheral surface external matching the shape of the permanent magnet 16.
La partie interne 27 et la partie externe 28 de la frette interne 17 peuvent former un seul bloc en acier. En variante, la partie interne et la partie externe de la frette interne peuvent être constituées d’un seul et même paquet de tôles. Les parties externe et interne de la frette interne peuvent aussi être en acier.The inner part 27 and the outer part 28 of the inner hoop 17 can form a single steel block. As a variant, the internal part and the external part of the internal hoop can be made up of a single and same stack of laminations. The external and internal parts of the internal hoop can also be made of steel.
Dans l’exemple considéré, la partie interne 27 de la frette interne peut aussi être constituée d’un paquet de tôles et la partie externe 28 peut être en acier.In the example considered, the internal part 27 of the internal hoop can also be made up of a stack of sheets and the external part 28 can be made of steel.
Dans l’exemple considéré, la partie externe 28 de la frette interne 17 est emmanchée dans la partie interne 27. La partie interne 27 et la partie externe 28 de la frette interne 17 peuvent être rendues solidaires par tout moyen tel que collage, clouage, sertissage, soudage, vissage, griffage ou encore au moyen d’un clip.In the example considered, the external part 28 of the internal hoop 17 is fitted into the internal part 27. The internal part 27 and the external part 28 of the internal hoop 17 can be made integral by any means such as gluing, nailing, crimping, welding, screwing, scratching or by means of a clip.
Dans l’exemple considéré, l’aimant permanent 16 peut être emmanché dans la frette interne 17. En variante, l’aimant permanent peut être agrafé ou collé à la frette interne. L’aimant permanent 16 peut aussi être surmoulé dans la frette interne 17.In the example considered, the permanent magnet 16 can be fitted into the internal hoop 17. Alternatively, the permanent magnet can be stapled or glued to the internal hoop. The permanent magnet 16 can also be molded into the internal hoop 17.
L’exemple considéré à la
Dans les exemples décrit ci-dessus, l’aimant permanent 16 peut est aimanté avant que le corps de rotor 15 ne soit monté sur l’arbre de rotor 14. En variante, l’aimant permanent 16 est aimanté une fois le corps de rotor 15 monté sur l’arbre de rotor 14.In the examples described above, the permanent magnet 16 can be magnetized before the rotor body 15 is mounted on the rotor shaft 14. Alternatively, the permanent magnet 16 is magnetized once the rotor body 15 mounted on the rotor shaft 14.
Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents.Of course, the foregoing description has been given by way of example only and does not limit the scope of the invention, which would not be departed from by replacing the various elements with any other equivalents.
Claims (10)
un arbre de rotor (14) apte à tourner autour d’un axe (X) de rotation de la machine,
un corps de rotor (15) fixé sur l’arbre de rotor et comprenant un aimant permanent (16),
l'arbre de rotor (14) étant creux de façon à délimiter une ouverture (25) traversant axialement ledit arbre de rotor (14) de part en part, l’ouverture étant adaptée pour le passage d'un arbre de traction (30) appartenant à une chaine de traction du véhicule automobile,
caractérisé en ce que l’aimant permanent (16) est agencé selon un réseau de Halbach.Rotor (5) of an electric machine (10) in particular for a motor vehicle, comprising:
a rotor shaft (14) capable of rotating around an axis (X) of rotation of the machine,
a rotor body (15) fixed on the rotor shaft and comprising a permanent magnet (16),
the rotor shaft (14) being hollow so as to delimit an opening (25) passing axially through said rotor shaft (14) right through, the opening being adapted for the passage of a traction shaft (30) belonging to a traction chain of the motor vehicle,
characterized in that the permanent magnet (16) is arranged according to a Halbach network.
- un stator (4) comportant un corps de stator (6) et un bobinage inséré dans des encoches du corps de stator (6) et
- un rotor (5) selon l’une quelconque des revendications précédentes.Rotating electrical machine (10), in particular for a motor vehicle, comprising:
- a stator (4) comprising a stator body (6) and a winding inserted in notches of the stator body (6) and
- a rotor (5) according to any one of the preceding claims.
- une machine électrique (10) selon la revendication précédente,
- un arbre de traction (30) traversant l’ouverture (25) du rotor.Traction chain (1) comprising:
- an electric machine (10) according to the preceding claim,
- a traction shaft (30) passing through the opening (25) of the rotor.
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|---|---|---|---|
| FR2105590A FR3123519A1 (en) | 2021-05-28 | 2021-05-28 | ELECTRIC ROTATING MACHINE WITH CO-AXIAL CONFIGURATION |
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| FR2105590 | 2021-05-28 |
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Family Applications (1)
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| FR2105590A Ceased FR3123519A1 (en) | 2021-05-28 | 2021-05-28 | ELECTRIC ROTATING MACHINE WITH CO-AXIAL CONFIGURATION |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Effective date: 20221202 |
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