FR3151949A1 - Machine électrique à flux axial compacte - Google Patents
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Abstract
Machine électrique à flux axial compacte
Un aspect de l’invention concerne une machine électrique à flux axial compacte comprenant un corps rotatif principal comprenant un bâti et des dents s’étendant chacune d’une face radiale interne du bâti, le bâti comprenant en outre une deuxième face radiale externe opposée à la première face radiale interne, un bobinage statorique principal situé dans le corps statorique principal, comprenant une première extrémité axiale faisant face vers l’extrémité axial rotatif d’un bobinage rotatif principal et une deuxième extrémité axiale opposée à la première extrémité axiale, un dispositif d’alimentation rotatif comprenant un corps rotorique d’alimentation et un corps statorique d’alimentation et en ce que au moins 50 % suivant une longueur axiale du corps rotorique d’alimentation ou du corps statorique d’alimentation est situé axialement entre la face radiale externe du bâti du cops rotatif principal et la deuxième extrémité axiale du bobinage statorique
Figure à publier avec l’abrégé : Figure 4a
Description
Le domaine technique de l’invention est celui des machines électriques à flux axial.
La présente invention concerne une machine électrique à flux axial.
La machine synchrone comprend comme tout moteur électrique un rotor et un stator, principalement le rotor forme l’inducteur et le stator forme l’induit. Dans l'état de la technique, il est connu des inducteurs de machine électrique synchrone, bobiné et/ou à aimants. L'inducteur peut avoir un avantage à être bobiné. En effet, une machine à noyau de fer bobiné peut produire une induction plus élevée que ceux à aimants qui sont en outre plus chers et limités thermiquement par leurs caractéristiques qu’une bobine. Ainsi à iso volume, une machine électrique synchrone comprenant un inducteur à aimant sera plus cher, plus limité thermiquement et moins performant (couple) particulièrement à haute vitesse de rotation qu’une machine par rapport à une machine électrique comprenant un inducteur bobiné.
Il est connu aussi principalement deux grandes familles d’entrefer dans les machines électriques.
Une première famille de machine électrique synchrone est à entrefer radial, dont le flux est principalement radial appelé aussi à champ, dont le volume d'entrefer entre un stator comprenant des bobines formant l’induit et le rotor formant un inducteur (à aimant ou bobiné) est de forme cylindrique entourant l’axe de rotation du rotor.
Une deuxième famille de machine électrique synchrone est à entrefer axial dont le flux est principalement axial appelé aussi à champ axial et dont le volume d'entrefer entre un stator comprenant des bobines formant l’induit et le rotor formant l’inducteur (à aimant ou bobiné) est de forme d’un disque perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor.
Il est connu aussi une famille à flux transverse, ayant une partie d’entrefer axial et une partie d’entrefer radial.
L’avantage de la machine à entrefer axial est d’utiliser le diamètre maximum de la machine pour la surface d’entrefer, or plus le diamètre utile d’entrefer est grand, plus le couple est important. En outre ces machines sont souvent choisies pour des raisons d’encombrement axial très inférieur à celles des machines à entrefer radial ayant pour avantage l’encombrement radial.
Le stator induit d’une machine axiale comprend un corps statorique et un bobinage logé dans le corps statorique, qui peut être un bobinage concentrique, un bobinage ondulé etc…
Le rotor est bobiné et peut être un inducteur à pôles saillants ou à griffes. Il comprend un corps de rotor monté serré sur l’arbre rotor.
Les rotors à griffes comprennent une seule bobine enroulée autour de l’axe de rotation passant dans les griffes formées dans le corps de rotor. Cela permet d’avoir des ampères tours produits par cette bobine passant dans chaque pôle ayant l’avantage d’améliorer le taux de conducteur par pole et donc augmenter le couple ainsi que de réduire les pertes joules. Cependant l’inconvénient est que les griffes sont soumises à une concentration de contrainte de déformation au pied des griffes par la force centrifuge obligeant à avoir un entrefer suffisant important selon les tolérances de fabrication du diamètre interne de l’induit et le diamètre externes des griffes. Or plus l’entrefer est important plus les performances de la machine électriques synchrone diminuent. En outre ces griffes ont l’inconvénient d’avoir des flux de fuite ne traversant pas l’entrefer ne contribuant pas à la fourniture de couple. Enfin contrairement au cas des machines à flux radial, un rotor à griffes d’une machine axiale va être déséquilibrer au niveau des pôles du fait que les griffes d’une première polarité, par exemple Nord, s’étendent d’un bâti du corps de rotor selon un rayon par rapport à l’axe du rotor plus grand que les autres griffes de la deuxième polarité, dans cet exemple Sud, qui s’étendent du même bâti mais plus proche de l’axe de rotation.
Le rotor à inducteur à pôles saillants comprend lui un corps de rotor comprenant un bâti ferromagnétique et une pluralité de dents ferromagnétiques réparties angulairement en s’étendant axialement du bâti. Le rotor à pôles saillants comprend en outre une bobine par dent. Chaque bobine est bobinée autour d’une des dents ferromagnétiques.
La bobine du rotor, que ce soit dans un corps de rotor à pôles saillants ou à griffes doit être alimentée en courant, la machine nécessite donc d’un dispositif d’alimentation. Ce dispositif d’alimentation comprend une partie statorique, généralement comprenant des balais et est fixée à une culasse de la machine entourant et solidaire du stator et la partie statorique fait face à la partie rotorique, par exemple les balais frottent sur une partie rotative comprenant des traces en cuivre, typiquement appelée bague collectrices, montée sur une extrémité de l’arbre rotor entourée par la partie statorique. Ce dispositif augmente la longueur axiale de la machine alors que celle-ci est souvent choisie pour diminuer un encombrement axial. Une des solutions connues a été alors de fabriquer des dispositifs d’alimentation dont la partie rotor fait face axialement à la partie statorique pour diminuer l’encombrement axial. Cependant ces dispositifs d’alimentation augmentent toujours la longueur axiale de la machine électrique.
Il existe donc un besoin d’avoir une architecture de machine électrique synchrone d’un inducteur bobiné à flux axial simple tout en permettant de diminuer sa longueur axiale sans diminuer les performances du couple de la machine électrique.
L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en permettant d’incorporer au moins une partie du dispositif d’alimentation entourée par la partie active de la machine électrique (le corps de rotor et le corps statorique).
Un aspect de l’invention concerne une Machine électrique à flux axial compacte comprenant :
- un rotor comprenant :
- un arbre de rotation d’axe de rotation,
- un corps rotatif principal solidaire en rotation avec l’arbre de rotation, en matériau ferromagnétique, comprenant un bâti et des dents s’étendant chacune d’une face radiale interne du bâti, le bâti comprenant en outre une deuxième face radiale externe opposée à la première face radiale interne,
- un bobinage rotatif principal situé dans le corps rotatif principal, le bobinage rotatif principal comprenant une première extrémité axiale rotatif et une deuxième extrémité axiale rotatif opposée à la première extrémité axiale,
- un stator comprenant :
- un corps statorique principal comprenant une ouverture traversée par l’arbre de rotation,
- un bobinage statorique principal situé dans le corps statorique principal et solidaire de ce dernier, comprenant une première extrémité axiale faisant face vers l’extrémité axial rotatif du bobinage rotatif principal et une deuxième extrémité axiale opposée à la première extrémité axiale,
- un dispositif d’alimentation rotatif comprenant :
- un corps rotorique d’alimentation solidaire de l’arbre de rotation et connecté électriquement au bobinage rotatif principal pour l’alimenter,
- un corps statorique d’alimentation solidaire en rotation au corps statorique principal pour transmettre l’énergie au corps rotorique d’alimentation,
- caractérisée en ce que le corps rotorique d’alimentation et le corps statorique d’alimentation comprend chacun une longueur axiale et en ce que au moins 50 % suivant la longueur axiale du corps rotorique d’alimentation ou du corps statorique d’alimentation est situé axialement entre la face radiale externe du bâti du cops rotatif principal et la deuxième extrémité axiale du bobinage statorique.
Grâce à l’invention, l’incorporation du dispositif d’alimentation dans une zone située au moins en grande partie entre l’extrémité axiale du bâti du rotor et celle du bobinage du stator diminue fortement l’encombrement de la machine électrique à flux axial. L’invention permet d’utiliser une zone d’une machine à flux axial n’ayant pas d’utilité pour augmenter le couple de la machine électrique.
En effet comme on peut le voir sur la , le fait d’utiliser une machine à flux axial avec un rayon interne noté r1 sur la , du corps de rotor au niveau de la bobine égal à 60% du rayon externe noté r2, du corps de rotor au niveau de la bobine permet d’avoir le couple maximal de la machine électrique. Ainsi il existe une zone libre entre le rayon interne et le rayon de l’arbre de rotation de la machine. Le fait d’utiliser cette zone pour loger au moins une grande partie du dispositif d’alimentation en entourant majoritairement son corps rotorique ou statorique par le corps principal de stator et/ou du stator, permet de diminuer son encombrement axial et donc de diminuer voir même ne pas augmenter la longueur axiale totale de la machine électrique. Bien entendu, certaines machines ayant des rayons de plusieurs mètres peuvent avoir un ratio inférieur à 40% et avoir assez de place pour l’insertion du dispositif d’alimentation dans cette zone libre entre ces deux extrémités axiales (bâti et bobinage stator).
Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, la machine électrique selon un aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi celles dans les paragraphes suivants, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.
Selon un mode de réalisation, le corps rotorique d’alimentation et le corps statorique d’alimentation comprend chacune une longueur axiale et en ce que au moins 50 % suivant la longueur axiale du corps rotorique d’alimentation ou du corps statorique d’alimentation est situé axialement entre la deuxième extrémité axiale du bobinage rotorique et la deuxième extrémité axiale du bobinage statorique.
Selon un mode de réalisation, le corps rotorique d’alimentation a 100% de sa longueur axiale situé axialement entre la deuxième face radiale externe et la deuxième extrémité axiale du bobinage statorique. Selon un exemple le corps rotorique d’alimentation a 100% de sa longueur axiale situé axialement entre la deuxième face radiale externe et la première extrémité axiale du bobinage statorique et en ce que au moins 50% du corps statorique d’alimentation est situé axialement entre la première extrémité du bobinage rotorique et la deuxième extrémité axiale du bobinage statorique.
Selon un mode de réalisation,
- le corps rotatif comprend en outre :
- une première face radiale d’entrefer axiale rotorique,
- une deuxième face radiale d’extrémité axiale rotorique, opposée à la première face radiale d’entrefer axial rotorique,
- le corps statorique comprend en outre :
- une première face radiale d’entrefer axial statorique faisant face à la première face radiale d’extrémité axiale rotorique,
- une deuxième face radiale d’extrémité axiale statorique opposée à la première face radiale d’entrefer axial statorique,
- des dents comprenant chacune une surface d’entrefer fixe formant une partie de la première face radiale d’entrefer axial statorique en vis à vis axialement de la première face d’entrefer rotorique,
- une ouverture entourant l’arbre de rotation, centrée sur l’axe de rotation, en vis-à-vis axialement de la première face d’entrefer rotorique, et l’axe de rotation s’étendant de la première face radiale d’extrémité axiale statorique vers la deuxième face radiale d’extrémité axiale statorique,
- le dispositif d’alimentation étant 100% situé axialement entre la deuxième face radiale d’extrémité axiale statorique et la deuxième face radiale d’extrémité axiale rotorique. Ce mode de réalisation permet de loger le dispositif d’alimentation sans que celui-ci n’influence sur la longueur axiale de la machine électrique.
Selon un mode de réalisation le rotor comprenant un rayon interne mesuré entre l’axe de rotation et une extrémité radiale interne du corps rotorique principal située axialement le plus proche de l’entrefer axial et radialement la plus proche de l’axe de rotation et un rayon externe mesuré entre l’axe de rotation et une extrémité radiale externe du corps rotatif principal située axialement le plus proche de l’entrefer axial et radialement la plus éloignée de l’axe de rotation, et en ce que le rayon interne est compris entre 40% et 80% du rayon externe : le fait d’être dans au-delà de 40% permet d’avoir suffisamment de place radialement entre les corps de bobine au niveau des bobines et l’arbre rotor pour loger le dispositif d’alimentation. Que ce soit un rotor à griffes, ou à pôles saillants ou à pôles lisse, chaque dent comprend une base s’étendant du bâti axialement jusqu’à un bec de la dent, le bec comprend une surface radiale d’entrefer axial et en ce que le rayon interne est mesuré au niveau du bord du bec le plus proche de l’axe de rotation et le rayon externe sur un bord du bec le plus loin de l’axe de rotation.
Selon un mode de réalisation le corps rotorique d’alimentation est en vis-à-vis axialement du corps statorique d’alimentation. Cela permet d’utiliser l’espace cylindrique disponible entre le rotor et le stator ayant un diamètre plus important que la longueur axiale.
Selon un exemple d’une combinaison de ces deux derniers modes de réalisation :
- le corps rotorique d’alimentation comprend un rayon externe rotatif d’alimentation inférieur ou égal au rayon interne et comprend une première et une deuxième face d’extrémité axiale rotative d’alimentation opposées l’une à l’autre axialement,
- le corps statorique d’alimentation comprend un rayon externe rotatif d’alimentation inférieur ou égal au rayon interne et comprend une première et une deuxième face d’extrémité axiale statorique d’alimentation opposées l’une à l’autre axialement,
- la première face d’extrémité axiale rotative d’alimentation et la première face d’extrémité axiale statorique d’alimentation font face l’une à l’autre et sont chacune situées entre la deuxième extrémité axiale du bobinage rotatif et la deuxième extrémité axiale du bobinage statorique.
Selon une variante du mode de réalisation précédent, le corps rotorique d’alimentation est entouré par au moins un entrefer formé entre une première face d’entrefer rotatif du rotor et une première face d’entrefer statorique du stator.
Selon un mode de réalisation, le corps rotatif principal est solidaire de l’arbre de rotation par l’intermédiaire du corps rotorique d’alimentation. Cela permet le corps rotorique d’alimentation comme moyen de liaison et donc de diminuer le poids, en outre cela peut permettre d’utiliser tout l’espace disponible formé à l’intérieur du corps rotatif principal.
Selon un mode de réalisation, la machine électrique à flux axial comprend un palier entre le corps statorique d’alimentation et l’arbre de rotation. Cela permet de mieux supporter l’arbre de rotation.
Selon un mode de réalisation, le dispositif d’alimentation rotatif est à balai, le corps rotorique d’alimentation comprend un collecteur comprenant au moins deux pistes isolées l’une de l’autre et le corps statorique d’alimentation comprenant au moins deux balais en contact chacun avec une des pistes correspondantes. Les pistes peuvent être par exemple des bagues.
Selon une variante de ce mode de réalisation, le dispositif d’alimentation rotatif est inductif,
- le corps statorique d’alimentation comprenant un circuit d’induction et
- le corps rotorique d’alimentation comprenant
- une bobine induite en vis-à-vis du circuit d’induction pour transformer l’énergie du circuit d’induction en courant électrique, et
- des composants électroniques pour redresser le courant électrique transformé par la bobine induite, reliés au bobinage rotatif principal pour l’alimenter. Cela permet de réduire les frottements par rapport au mode de réalisation précédent.
Selon un exemple le corps rotorique d’alimentation comprend une carte imprimée électronique comprenant les composants électroniques.
Selon un exemple de ce mode de réalisation : le dispositif d’alimentation rotatif est inductif, comprenant :
- un deuxième corps rotorique d’alimentation,
- un deuxième corps rotatif principal solidaire du deuxième corps rotorique d’alimentation,
- une deuxième bobine principale bobinée dans le deuxième corps rotatif principal,
- et dans laquelle le corps statorique principal et le bobinage statorique principal sont situés entre les deux corps rotatif principaux et le corps statorique d’alimentation solidaire du corps statorique principal est situé entre les deux corps rotoriques d’alimentation. Cela permet d’équilibrer les forces axiales et donc augmenter le rendement de la machine et diminuer l’usure des paliers.
Selon un exemple, la machine comprend une carte imprimée comprenant :
- le corps statorique principal,
- le bobinage statorique formée par des traces gravées sur la carte imprimée et
- le corps statorique d’alimentation situé entre les deux corps rotoriques d’alimentation,
- le bobinage statorique d’alimentation formée par des traces gravées sur la carte imprimée.
Selon une variante de ces deux derniers modes réalisation, le dispositif d’alimentation rotatif est capacitif.
Selon un mode de réalisation, le dispositif d’alimentation comprend en outre un deuxième corps de rotor d’alimentation, le corps statorique d’alimentation étant situé entre le premier et deuxième corps de rotor d’alimentation pour les alimenter. Cela permet d’équilibrer les forces axiales entre les corps de rotor et le corps statorique du dispositif d’alimentation.
Selon un mode de réalisation, le dispositif d’alimentation comprend en outre un deuxième corps de rotor d’alimentation, le corps statorique d’alimentation étant situé entre le premier et deuxième corps de rotor d’alimentation pour les alimenter. Cela permet d’équilibrer les forces axiales entre les corps statorique et le corps de rotor.
Selon un mode de réalisation, le dispositif d’alimentation comprend en outre un deuxième corps statorique d’alimentation, le corps de rotor d’alimentation étant situé entre le premier et deuxième corps statorique d’alimentation pour les alimenter. Cela permet d’équilibrer les forces axiales entre les corps statorique et le corps de rotor.
Selon un mode de réalisation le corps rotatif principal comprend une ouverture logeant l’arbre rotatif, l’ouverture ayant un diamètre égal + ou – 5% du diamètre de l’ouverture du corps statorique principal. Cela permet de diminuer le poids du rotor principal.
Selon un mode de réalisation le corps de rotor principal comprend des dents comprenant au moins une surface d’entrefer radial formant une partie d’une première face radiale d’entrefer axiale rotorique, le rotor comprend en outre une frette entourant et en contact avec les dents du corps de rotor.
Selon un exemple de ce mode de réalisation, la frette comprend des parois formant un logement recevant une partie du bobinage, le logement ayant un diamètre externe au diamètre des dents du corps rotatif. Cela permet de rendre monobloc la frette au bobinage et ainsi diminuer le nombre de pièces.
Selon un exemple, le corps rotatif du dispositif d’alimentation comprend une base emmanchée sur l’arbre rotor et une coque s’étendant de la base, la coque étant solidaire du corps ferromagnétique rotatif et formant un logement complémentaire au logement de la frette pour recevoir une partie du bobinage.
Selon un mode de réalisation le corps rotatif principal est à pole saillant comprenant une pluralité de dents formant chacune un pôle nord ou sud, le bobinage rotatif principal comprenant une pluralité de bobines alimentées et connectées électriquement au corps rotorique d’alimentation. cela permet d’avoir les avantages d’une machine à pôles saillants énoncée précédemment.
Selon une variante de ce mode de réalisation, le corps rotatif principal est à griffes, dans lequel les dents formant chacune un pôle nord ou sud et comprenant chacune une base s’étendant axialement chacune de l’embase du bâti ferromagnétique et un bec s’étendant radialement de la base, les dents formant soit des griffes internes dont la base s’étend d’une périphérie interne du bâti du côté de l’orifice soit des griffes externes dont la base s’étend du côté d’une périphérie externe du bâti à l’opposé de l’orifice. Cela permet d’augmenter d’améliorer le taux de conducteur par pole et donc augmenter le couple ainsi que de réduire les pertes joules tout en ayant un moyen de maintien anti-déformation des griffes.
Selon un exemple, le rotor comprend un deuxième corps rotatif principal solidaire en rotation avec l’arbre de rotation, identique à celui du premier corps rotatif principal et un deuxième bobinage rotatif principal bobiné dans le deuxième corps rotatif principal, le premier et deuxième corps rotatif principal comprenant chacun une pluralité de dents formant chacune un pôle nord ou sud,
- le corps rotatif d’alimentation étant connecté aux premier et deuxième bobinages rotatifs tel que chaque dent formant un pôle du deuxième corps rotatif est alignée axialement avec une dent du premier corps rotatif ayant un pôle d’une polarité différente du premier corps,
- le corps statorique principal étant situé axialement entre les deux corps rotatifs principaux et en ce que chaque dent comprend une deuxième surface d’entrefer à l’opposé de la première surface d’entrefer et en ce que la deuxième surface d’entrefer est située en vis-à-vis deuxième corps rotatif principal.
Selon un mode de réalisation, le stator comprend un deuxième corps statorique principal identique et solidaire en rotation avec le premier corps statorique principal et le corps statorique d’alimentation, et un deuxième bobinage statorique principal bobiné dans le deuxième corps statorique principal, le premier et deuxième corps statorique principal comprenant chacun une pluralité de dents formant chacune un pôle nord ou sud,
- le corps rotatif principal étant situé axialement entre les deux corps statoriques principaux et en ce que le bâti comprend plusieurs sections angulaires et la deuxième face radiale externe du bâti forme sur chaque section une deuxième surface d’entrefer à l’opposé de la première surface d’entrefer et en ce que la deuxième surface d’entrefer est située en vis-à-vis du deuxième corps statorique principal.
Ces deux derniers exemples permettent chacun d’équilibrer les forces axiales.
En particulier dans ces deux derniers modes de réalisation, l’utilisation d’un dispositif d’alimentation respectivement à double corps rotatif d’alimentation ou à double corps statorique d’alimentation chacun décrit précédemment dans un mode de réalisation, est particulièrement intéressant, tant en encombrement qu’en répartitions des forces et d’énergie électrique.
Selon un mode de réalisation, le rotor comprend en outre des aimants inter dent-embase entre chaque dent.
Selon un mode de réalisation, le rotor comprend en outre des aimants inter-pôles entre chaque dent.
Ces deux modes de réalisation précédents permettent chacun d’augmenter le niveau de saturation magnétique de la griffe et donc d’avoir un courant inducteur plus important avant saturation et donc la possibilité d’avoir plus de couple. C’est-à-dire qu’une griffe sans aimant sera plus rapidement saturée magnétiquement que la même griffe avec aimant.
Selon une autre innovation non revendiquée, une machine électrique à flux axiale à griffes comprend :
- un stator comprenant un bobinage et des dents comprenant une surface radiale d’entrefer axial et
- un rotor à griffes comprenant un axe de rotation et un corps ferromagnétique comprenant un bâti et des dents s’étendant chacune du bâti en forme de griffe, chaque dent comprenant :
- une base s’étendant axialement d’une face interne du bâti et
- un bec s’étendant radialement d’une extrémité de la base opposée au bâti à une extrémité libre du bec, formant une surface radiale d’entrefer axial entre son extrémité libre et son extrémité s’étendant de la base, située en vis-à-vis axialement de la surface radiale d’entrefer axial,
- dans lequel une dent sur deux comprend son bec s’étendant de sa base vers l’axe de rotation jusqu’à son extrémité libre formant chacune une griffe externe et les autres dents comprend son bec s’étendant radialement de sa base vers l’extérieure à l’opposé de l’axe de rotation formant chacune une griffe interne,
- caractérisé en ce que le rotor comprend des aimants inter-pôles chacun monté entre deux becs d’une griffe interne et d’une griffe externe et/ou des aimants inter bâti-bec chacun monté entre une extrémité libre d’un bec et le bâti.
- Selon un exemple la machine comprend une frette entourant les becs des griffes internes et externes.
- Selon un exemple, la machine comprend un dispositif d’alimentation selon l’invention décrite avant ou un dispositif d’alimentation comprenant sa partie rotative monté sur l’arbre de rotation à l’extérieure du rotor et du stator et sa partie statorique monté contre le stator ou une culasse par exemple, à l’opposé axialement du stator.
L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent.
Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.
Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.
La machine électrique à flux axial comprend un rotor 1 comprenant un arbre de rotation 11 d’axe de rotation X, un corps rotatif principal 12 solidaire en rotation avec l’arbre de rotation 11 et un bobinage rotatif principal 13 situé dans le corps rotatif principal 12. Le corps rotatif principal 12 est ferromagnétique et comprend un bâti rotatif 121 en forme de couronne ferromagnétique et des dents 120 ferromagnétique s’étendant axialement chacune d’une surface radiale interne du bâti rotatif 121 et comprennent chacune une surface radiale d’entrefer axial opposée axialement au bâti rotatif 121.
Dans ce mode de réalisation, les dents 120 sont chacune un pôle saillant comprenant chacune une partie centrale s’étendant axialement de la surface radiale interne du bâti rotatif 121 et un bec s’étendant axialement de la partie centrale en débordant de part et d’autre circonférentiellement. Le bec comprend donc la surface radiale d’entrefer axial. Le bobinage rotatif principal 12 peut être concentrique ou distribué, en l’occurrence il est concentrique et comprend une bobine 130 par pôle saillant (dont seulement deux sont référencées) mais pourrait aussi avoir un bobinage concentrique ayant une bobine sur 2 pôles saillants.
La machine électrique à flux axial comprend en outre un stator 2 comprenant un corps statorique principal 21 comprenant une ouverture centrale 21o traversée par l’arbre de rotation 11.
Le stator comprend en outre un bobinage statorique principal 23 situé dans le corps statorique principal 21 et solidaire de ce dernier.
Le corps statorique principal 21 est dans ce mode de réalisation aussi ferromagnétique et comprend un bâti statorique 211 ferromagnétique et des dents 210 formants aussi des pôles saillants s’étendant d’une surface radiale interne du bâti statorique 211. Les dents 210 ont la même forme que celle du corps rotatif principal 11 (partie centrale et bec) mais n’ont pas la même dimension. En l’occurrence, dans cet exemple le corps statorique principal 21 comprend moins de dents 21 que le nombre de dents 110 du corps rotatif principal 11. Les surfaces radiales d’entrefer axial des dents 210 du corps statorique principal 21 font face aux dents 110 du corps rotatif principal 11 délimitant entre elles un entrefer axial, autrement dit l’entrefer axial est délimité axialement entre les surfaces radiales d’entrefer axial des becs des dents du corps statorique principal 21 et du corps rotatif principal 11.
Le bobinage statorique principal 23 peut être concentrique ou distribué, en l’occurrence il est concentrique et comprend une bobine 230 par pôle saillant mais pourrait aussi avoir un bobinage concentrique ayant une bobine sur 2 pôles saillants. Le corps statorique principal 21 peut aussi être selon un autre exemple en matériau amagnétique ou paramagnétique par exemple par de la résine et de la fibre de verre ou encore même une carte électronique de type PCB comprenant des parties actives conductrices (par exemple couche de cuivre gravée) formant chacune la bobine de type concentrique.
Le bobinage rotatif principal 13 et le bobinage statorique principal 23 comprennent chacune une première et deuxième extrémité axiale opposée l’une à l’autre, appelée première extrémité axiale rotatif 13a et une deuxième extrémité axiale rotatif 13b pour le bobinage rotatif principal 13 et sont appelées une première extrémité axiale 23a et une deuxième extrémité axiale 23b pour le bobinage statorique principal 23. Les premières extrémités axiales rotatif 13a et statorique 23a sont les extrémités les plus proches de l’entrefer axial. Dans ce mode de réalisation les deux bobinages rotatif et statorique principal 13, 23 étant des bobinages concentriques, au moins une bobine comprend la première extrémité axiale 13a, 23a et au moins une autre bobine (ou la même) comprend la deuxième extrémité axiale 13b, 23b.
Les bâtis 121 et 211 des corps rotatif et statorique principaux ont chacun dans cet exemple une forme de rondelle et s’étendent axialement entre une face radiale externe et la face radiale interne.
La machine électrique comprend en outre un dispositif d’alimentation rotatif C comprenant un corps rotorique d’alimentation C1 solidaire de l’arbre de rotation 11 et connecté électriquement au bobinage rotatif principal 13 pour l’alimenter. La machine électrique comprend ainsi en outre des conducteurs (non représentés) reliant le corps rotorique d’alimentation C1 au bobinage rotatif principal 13 (pouvant être une continuité d’un conducteur formant le bobinage rotatif principal 13 ou une bobine du corps rotorique d’alimentation C1.
Le dispositif d’alimentation rotatif C comprend en outre un corps statorique d’alimentation C2 solidaire en rotation au corps statorique principal 21 pour transmettre l’énergie au corps rotorique d’alimentation C1. La liaison mécanique entre le corps statorique d’alimentation C2 et le corps statorique principal 21 n’est pas représentée mais peut par exemple être des bras s’étendant radialement entre eux dans l’ouverture centrale 21o ou une plaque fermant l’ouverture centrale 21o.
Dans cet exemple, le corps statorique d’alimentation C2 entoure le corps rotorique d’alimentation C1. Dans cet exemple le corps statorique C2 comprend des balais et le corps rotorique d’alimentation C1 comprend un collecteur avec des lames pour alimenter les bobines d’alimentation du bobinage rotatif principal 13.
Le corps rotorique d’alimentation C1 comprend une longueur axiale l1 et le corps statorique d’alimentation C2 a une longueur axiale l2 qui ne sont pas référencées sur cette . Par la longueur axiale l1 du corps rotorique d’alimentation C1 ou de la longueur axiale l2 du corps statorique d’alimentation C2, on entend respectivement la longueur maximale des parties rotative et statorique du dispositif d’alimentation C nécessaire la transmission d’Energie électrique de l’une à l’autre. A moins 50% de la longueur axial l1 ou l2 du corps rotorique d’alimentation C1 ou du corps statorique d’alimentation C2 est situé axialement entre la deuxième face radiale externe 12b du bâti 121 du cops rotatif principal 12 et la deuxième extrémité axiale 23b du bobinage statorique 23.
Ici dans cet exemple les deux longueurs axiales l1 et l2 sont égales. Dans cet exemple, le corps rotorique d’alimentation C1 et le corps statorique d’alimentation C2 sont chacun entouré par le rotor 1 et le stator 2 tel qu’ils sont chacun situé axialement entre les deux faces radiales externes des bâtis statorique 211 et rotorique 121. Autrement dit la longueur entre la face radiale externe du bâti rotorique 121 et la face radiale externe du bâti statorique 211 est plus long que chacune des deux longueurs axiales l1 et l2. Autrement dit, le dispositif d’alimentation C est entièrement situé axialement entre ces faces radiales externes des bâtis statorique 211 et rotorique 121. En l’occurrence le dispositif d’alimentation est entouré par les deux bâtis statorique 211 et rotorique 121 et par l’entrefer axial entre le rotor1 et le stator 2. Dans cet exemple le plus grand rayon R4 du corps statorique d’alimentation C2 (le plus grand rayon donc du dispositif d’alimentation) est inférieur au rayon interne R2 du corps rotatif principal 11 mesuré au niveau du bec de la dent 120 le plus proche de l’axe x (c’est-à-dire le plus petit rayon du corps rotatif 12 mesuré au niveau des becs des dents 120).
Ainsi dans cet exemple le dispositif d’alimentation C ne prend aucune place axiale. En outre, le rayon interne R2 est compris entre 40 et 80% (ici 60%) d’un rayon externe R1 du corps rotatif principal 11 mesuré au niveau du bec d’une dent le plus éloigné de l’axe X (c’est-à-dire le plus grand rayon du corps rotatif 12 mesuré au niveau des becs des dents 120). Comme on peut le voir sur la , ce ratio permet d’avoir le meilleur rendement de couple.
Plus précisément, dans cet exemple au moins 50 % (en l’occurrence 80%) suivant la longueur axiale l1, l2 du corps rotorique d’alimentation C1 ou du corps statorique d’alimentation C2 (en l’occurrence les deux corps) est situé axialement entre la deuxième extrémité axiale 13b du bobinage rotatif 13 et la deuxième extrémité axiale 23b du bobinage statorique 23. Ainsi le volume du dispositif d’alimentation est situé dans un emplacement libre sans affecter la longueur axiale de la machine et sans diminuer le rendement de la machine électrique à flux axial.
Les figures 3a et 3b représentent schématiquement chacune une vue tridimensionnelle d’un exemple de machine électrique à flux axial selon un deuxième mode de réalisation identique à l’exemple du premier mode de réalisation sauf en ce que le rotor 1 est différent et le dispositif d’alimentation C est différent.
Dans cet exemple, le rotor 1 est à griffes et non à pôles saillants comme dans le premier exemple du premier mode de réalisation, autrement dit le corps rotatif principal 12 est différent en ce que les dents 120 ont une forme de griffes et en ce que le bobinage 13 est une seule bobine enroulée entre les griffes. Une dent 120 sur deux est une griffe externe 120e comprenant une base s’étendant axialement de la face interne du bâti 121 au niveau radialement du rayon externe R1 et les autres dents sont des griffes internes 120i s’étendant de la face interne du bâti 121 au niveau radialement du rayon interne R2. Comme on peut voir, les griffes internes et externes sont alternées angulairement. Les griffes externes 120e comprennent chacune un bec s’étendant radialement de la base vers l’axe de rotation et les griffes internes 120i comprennent chacune un bec s’étendant radialement de la base vers l’extérieur à l’opposé de l’axe de rotation X.
Dans ce deuxième mode de réalisation, le dispositif d’alimentation C est différent en ce que le corps rotorique d’alimentation C1 est situé axialement en face du corps statorique d’alimentation C2. Le dispositif d’alimentation C peut être toujours à balais ou peut être capacitif ou encore inductif, dans ce dernier cas, le dispositif d’alimentation C peut être comme celui représenté en coupe expliqué dans la suite.
Sur la , on peut voir le corps rotorique d’alimentation C1 entourée par le corps rotatif principal 12 et le bobinage rotatif 13 du rotor 1 et sur la on peut voir le corps statorique d’alimentation C2 entourée par le corps statorique principal 21 et le bobinage rotatif 23 du stator 2.
Dans cet exemple, le corps rotatif principal 12 est couplé à l’arbre de rotation 11 par le biais du corps rotorique d’alimentation C1. La liaison mécanique entre le corps rotorique d’alimentation C1 et le corps rotatif principal 12 n’est pas représenté. Il peut être réalisé par exemple des bras formant des rayons reliant les deux corps. Selon un autre exemple, le corps rotorique d’alimentation C1 peut être monté serré dans le corps rotatif principal 12 (dans ce dernier cas un rayon externe R3 du corps rotorique d’alimentation C1 serait égale au rayon interne R2 du corps rotatif principal 12).
Comme dans la du mode de réalisation précédent, la liaison mécanique entre le corps statorique d’alimentation C2 et le corps statorique principal 21 n’est pas représentée, mais peut par exemple être des bras s’étendant radialement entre eux dans l’ouverture centrale 21o ou une plaque fermant l’ouverture centrale.
La machine électrique comprend en outre ici un palier P1 (une bague) montée dans le corps statorique d’alimentation C2 en entourant l’arbre rotor 11 pour le supporter et permettre sa rotation suivant l’axe X.
Dans ce mode de réalisation, le dispositif d’alimentation C est situé entre les deux surfaces entre au moins 50 % suivant la longueur axiale l1, l2 du corps rotorique d’alimentation C1 ou du corps statorique d’alimentation C2 est situé axialement entre la deuxième extrémité axiale 13b du bobinage rotatif 13 et la deuxième extrémité axiale 23b du bobinage statorique 23.
Ce dispositif d’alimentation C peut aussi être monté à la place de celui de la machine du premier mode de réalisation et inversement.
D’autres modes de réalisation vont maintenant être décrits, le rotor 1 peut être représenté avec des griffes ou avec des pôles saillants comme dans le premier mode ou deuxième mode de réalisation et peuvent aussi être remplacé par l’un ou par l’autre.
La représente un schéma de principe selon une coupe axiale (comprenant l’axe de rotation) d’une machine électrique selon un troisième mode de réalisation et la une coupe A-A de la machine au niveau des becs des dents 120 du corps rotatif principal 12.
Cette machine électrique est identique à celle du deuxième mode de réalisation sauf en ce que le rotor est à pôles saillants comme dans le premier mode de réalisation et que le bâti 121 est couplé à l’arbre rotor 11. Ainsi dans cet exemple, le corps rotorique d’alimentation C1 est monté axialement entre le bâti 121 et le corps statorique d’alimentation C2 tout en étant entouré par les dents 120, l’entrefer axial et les dents 211. En outre la dimension de longueur axiale l1 du corps rotorique d’alimentation C1 est représentée entre une première extrémité C1a et une deuxième extrémité C1b. Comme on peut voir, ici le corps rotorique d’alimentation C1 est situé axialement (selon sa longueur l1 à 100%) entre la deuxième extrémité axiale 13b du bobinage rotatif 13 et la deuxième extrémité axiale 23b du bobinage statorique 23. Un espace vide est situé axialement entre la face radiale interne du bâti 121 et la deuxième extrémité axiale du corps rotorique d’alimentation C1. Ainsi le dispositif d’alimentation C pourrait aussi selon un autre exemple être déplacé axialement vers cette face radiale interne du bâti 121.
La longueur axiale l2 du corps statorique d’alimentation C2 est aussi représentée entre une première extrémité C2a et une deuxième extrémité C2b. Ici dans cet exemple seulement 50% de la longueur axiale l2 du corps statorique d’alimentation C2 est situé axialement entre la deuxième extrémité axiale 13b du bobinage rotatif (13) et la deuxième extrémité axiale 23b du bobinage statorique 23.
Enfin la machine électrique comprend dans cet exemple une plaque de fermeture 23 fermant partiellement l’ouverture centrale et permettant de fixer le corps statorique d’alimentation C2 au corps statorique principal 21 en étant plaquée contre sa deuxième face radiale d’extrémité axiale 21b et contre la deuxième extrémité C2b du corps statorique d’alimentation C. La fixation de la plaque 23 peut être faite par collage ou par vissage ou par soudage, ou par sertissage ou tout autre moyen de fixation. La machine électrique comprend en outre un palier P1 entre l’arbre rotor 11 et le corps statorique d’alimentation C2 permettant la liaison en rotation entre eux.
La représente un schéma de principe selon une coupe axiale (comprenant l’axe de rotation) d’une machine électrique selon un quatrième mode de réalisation et la une coupe A-A de la machine au niveau des becs des dents 120 du corps rotatif principal 12.
Cette machine électrique est identique à celle du deuxième mode de réalisation sauf en ce que le dispositif d’alimentation C comprend un deuxième corps rotorique d’alimentation C1’, le corps statorique d’alimentation C2 étant situé axialement entre le premier et le deuxième corps rotorique d’alimentation C1, C1’. Dans le cas d’un dispositif d’alimentation C à balai, le corps statorique d’alimentation C2 comprend des balais s’tendant de part et d’autre d’une plaque de support à balai. Dans le cas d’un dispositif d’alimentation C inductif, le dispositif d’alimentation C peut être comme celui représenté en coupe expliqué dans la suite.
La machine peut comprendre un conducteur électrique dans une rainure ou sur l’arbre 11 connectant le deuxième corps rotorique d’alimentation C1’ à la bobine 13 pour l’alimenter en parallèle de corps rotorique d’alimentation C1.
La représente un schéma de principe selon une coupe axiale (comprenant l’axe de rotation) d’une machine électrique selon un cinquième mode de réalisation et la une coupe A-A de la machine au niveau des becs des dents 120 du corps rotatif principal 12.
Cette machine électrique est identique à celle du troisième mode de réalisation sauf en ce qu’il concerne les éléments suivants :
- le corps rotatif principal 12 est à griffes (comme dans le deuxième mode de réalisation) et est solidaire à l’arbre de rotation 11 par le biais du corps rotorique d’alimentation C1 ;
- le corps statorique principal 21 comprend un bâti 211 à la place de la plaque 23, monter sur le palier P1 et en ce que le corps statorique d’alimentation C2 est fixé au bâti 211.
La représente un schéma de principe selon une coupe axiale (comprenant l’axe de rotation) d’une machine électrique selon un cinquième mode de réalisation et la une coupe A-A de la machine au niveau des becs des dents 120 du corps rotatif principal 12.
Cette machine électrique est semblable à celle du premier mode sauf en ce que le corps statorique d’alimentation C2 est monté sur un palier P1 et est monté serré dans l’ouverture du corps statorique principal 21 les rendant solidaire l’un à l’autre.
En outre, dans cet exemple le corps statorique d’alimentation C2 comprend outre d’une partie entourant le corps rotatif principal 12, une partie montée en vis-à-vis axialement du corps rotatif principal 12.
Enfin, le bâti 121 du corps de rotor 12 est directement monté sur l’arbre rotor dans cet exemple. Un tel dispositif d’alimentation peut être à balai ou inductif.
La représente un schéma de principe selon une coupe axiale (comprenant l’axe de rotation) d’une machine électrique selon un cinquième mode de réalisation et la une coupe A-A de la machine au niveau des becs des dents 120 du corps rotatif principal 12.
Cette machine électrique est semblable à celle du deuxième mode de réalisation sauf en ce que le dispositif d’alimentation C comprend un deuxième corps statorique d’alimentation C2’, le corps rotorique d’alimentation C1 étant situé axialement entre le premier et le deuxième corps statorique d’alimentation C1, C1’. Chaque corps statorique d’alimentation C1, C1’ est monté sur un palier P1, P1’. Dans le cas d’un dispositif d’alimentation C à balai, chaque corps statorique d’alimentation C2, C2’ comprend des balais frottant contre soit les mêmes pistes du corps de rotor d’alimentation C1 soit sur des pistes différentes. Dans le cas d’un dispositif d’alimentation C inductif, le dispositif d’alimentation C peut être comme celui représenté en coupe expliqué dans la suite.
En outre comme dans le mode de réalisation précédent, le corps de rotor 12 comprend un bâti 121 solidaire directement sur l’arbre rotor (emmanché par exemple) et le corps statorique d’alimentation C2 est monté sur un palier P1 et est monté serré dans l’ouverture du corps statorique principal 21 les rendant solidaire l’un à l’autre.
La machine peut comprendre un conducteur électrique dans une rainure ou sur l’arbre 11 connectant le corps rotorique d’alimentation C1 à la bobine 13 pour l’alimenter.
Dans ces différents modes de réalisation décrits précédemment, le dispositif d’alimentation C comprend au moins une partie entourée par au moins un entrefer axial formé entre une première face d’entrefer rotatif 12a du rotor 1 et une première face d’entrefer statorique 21a du stator 2.
La représente un schéma de principe selon une coupe axiale (comprenant l’axe de rotation) d’une machine électrique selon un cinquième mode de réalisation et la une coupe A-A de la machine au niveau des becs des dents 120 du corps rotatif principal 12.
Cette machine électrique est semblable à celle du troisième mode de réalisation, sauf en ce que le corps statorique d’alimentation C2 est monté à la place de la plaque de fermeture 23, c’est-à-dire contre la face radiale externe 21b du bâti 211 du corps statorique principal 21 et est monté sur le palier P1.
Dans les différents exemples, l’arbre rotor peut comprendre à une de ses extrémité une roue dentée ou directement un dispositif rotatif tel qu’un ventilateur.
La représente schématiquement un dispositif d’alimentation C inductif pouvant être celui monté dans le deuxième, troisième, cinquième et huitième mode de réalisation, et un arbre de rotation 11. Le corps statorique d’alimentation C2 comprend un circuit d’induction, ici en l’occurrence un corps ferromagnétique C21 et une bobine d’induction C20 montée dans ce corps ferromagnétique C21. Le corps rotorique d’alimentation C1 comprend un corps ferromagnétique C11 solidaire de l’arbre de rotation 11. Le corps rotorique d’alimentation C1 comprend en outre une bobine induite C10 montée dans le corps ferromagnétique C11 en vis-à-vis du circuit d’induction pour transformer l’énergie du circuit d’induction lorsqu’il est alimenté par une source externe en courant électrique. Le corps rotorique d’alimentation C1 comprend une carte imprimée C12 comprenant l’électronique nécessaire au redressement du courant électrique pour alimenter le bobinage rotatif principal 13. La carte imprimée C12 recouvre en l’occurrence une surface du corps ferromagnétique C11. La longueur axiale l1 est aussi représentée entre la première extrémité C1a située sur une face externe de la carte imprimée et la deuxième extrémité C1b située en l’occurrence sur une extrémité du corps ferromagnétique C11.
La longueur axiale l2 est aussi représentée entre la première extrémité C2a située sur une face externe du corps ferromagnétique C21 et la deuxième extrémité C2b située en l’occurrence sur une extrémité du corps ferromagnétique C21 en vis-à-vis de la deuxième extrémité C1b.
Le dispositif d’alimentation comprend en outre des bornes de connexion non représentées pour connecter la bobine C20 à une source d’alimentation électrique.
La représente schématiquement un dispositif d’alimentation C inductif pouvant être un exemple de celui monté dans le quatrième mode de réalisation et un arbre de rotation 1. Le corps statorique d’alimentation C2 comprend un circuit d’induction, ici en l’occurrence une bobine d’induction C20 montée dans un corps ferromagnétique C21.
Selon un autre exemple, le corps ferromagnétique C21 est une carte imprimée comprenant une ou des traces formant le bobinage, la trace peut être en forme de spirale ou plusieurs traces peuvent être des cercles concentriques ouvert dont une des extrémités est reliée une trace suivante ou précédente les reliant les unes aux autres en série.
Le premier et deuxième corps rotorique d’alimentation C1, C1’ comprennent chacun un corps ferromagnétique C11, C11’ identique monté chacun serré sur l’arbre de rotation C1, dans lequel est bobiné la bobine induite C10, C10’. Chaque corps rotorique d’alimentation C1, C1’ comprend une bobine induite C10, C10’ en vis-à-vis du circuit d’induction pour transformer l’énergie du circuit d’induction lorsqu’il est alimenté par une source externe, en courant électrique. Chaque corps rotorique d’alimentation C1, C1’ comprend une carte imprimée C12, C12’ comprenant l’électronique nécessaire au redressement du courant électrique pour alimenter le bobinage rotatif principal 13.
Dans cet exemple (comme dans celui de la ), le dispositif d’alimentation comprend en outre des bornes de connexion non représentées pour connecter la bobine C20 à une source d’alimentation électrique.
La représente schématiquement un dispositif d’alimentation C inductif pouvant être un exemple de celui monté dans le septième mode de réalisation, et un arbre de rotation 11. Chaque corps statorique d’alimentation C2, C2’ comprend un circuit d’induction, ici en l’occurrence une bobine d’induction C20, C20’ montée dans un corps ferromagnétique C21, C21’. Le corps rotorique d’alimentation C1 est solidaire à l’arbre de rotation 11. Le corps rotorique d’alimentation C1 comprend une première et deuxième bobine induite C10, C10’ chacune en vis-à-vis du circuit d’induction correspondant respectivement du premier et deuxième corps statorique d’alimentation C2, C2’ pour transformer l’énergie du circuit d’induction lorsqu’il est alimenté par une source externe, en courant électrique. Le corps rotorique d’alimentation C1, comprend une première et une deuxième carte imprimée C12, C12’ comprenant l’électronique nécessaire au redressement du courant électrique transformé par respectivement la première et deuxième bobine induite C10, C10’ pour alimenter le bobinage rotatif principal 13.
Dans cet exemple, le corps rotorique d’alimentation C1, C1’ comprend un premier et un deuxième corps ferromagnétique C11, C11’ identique monté chacun serré sur l’arbre de rotation C1, dans lequel est bobiné respectivement la première et la deuxième la bobine induite C10, C10’. Les première et une deuxième carte imprimée C12, C12’ sont situées entre les deux corps ferromagnétique C11, C11’, l’une à côté de l’autre et pourrait être une seule carte imprimée.
La représente une machine électrique à flux axial selon un neuvième mode de réalisation, dans laquelle le stator 2 comprend un deuxième corps statorique principal 21’ identique et solidaire en rotation avec le premier corps statorique principal 21 et le corps statorique d’alimentation C2.
Le stator 2 comprend en outre un deuxième bobinage statorique principal non représenté, bobiné dans le deuxième corps statorique principal 21’, le premier et deuxième corps rotatif principal 21, 21’ comprenant chacun une pluralité de dents formant chacune un pôle nord ou sud. Le premier bobinage statorique principal 13 n’est aussi pas représenté pour simplifier la lecture du schéma.
Le corps rotatif principal 12 est situé axialement entre les deux corps statoriques principaux 21, 21’, appelé aussi dans la suite corps rotatif principal central. Le corps rotatif principal central 12 est aussi représenté schématiquement selon une vue tridimensionnelle en . Dans ce mode de réalisation le bâti 121 comprend une pluralité de sections ferromagnétique ayant chacune une portion de la deuxième face radiale formant sur chaque section une deuxième surface d’entrefer à l’opposé de la première surface d’entrefer et en ce que la deuxième surface d’entrefer est située en vis-à-vis du deuxième corps statorique principal 21’. Dans cet exemple le rotor comprend une pluralité d’aimants M1, appelé aimant inter-pôles monté entre chacune des sections.
Le rotor 1 comprend en outre une frette 121f monté autour des sections du bâti 121 et une frette 120f monté autour des becs des dents 120. Bien entendu les deux frettes pourraient être monobloc.
En outre dans cet exemple, le bobinage rotatif principal comprend une bobine 13a bobinée autour d’une partie d’une dent 120 sur deux du côté du bec de la dent 120 et une deuxième bobine 13b bobinée autour d’une autre partie d’une dent 120 sur deux du côté du bâti 121. Ainsi chaque dent 120 comprend une partie nue 120n autour duquel aucune des deux bobines 13a, 13b est bobinée (en faisant le tour). Ainsi les encoches 124 formées entre chaque dents 120 ont une première zone axiale remplie par des portions de conducteurs de la première bobine 13a et une deuxième zone axiale remplie par des portions de conducteurs de la deuxième bobine 13b. un tel bobinage permet d’augmenter le taux de remplissage de cuivre dans une encoche de façon simple. En effet la première bobine 13a peut avoir sa dernière spire de conducteur plus proche d’une partie nue de la dent voisine que de la dent autour duquel la spire de conducteur est bobinée.
Enfin une telle machine électrique à flux axial avec ces deux corps de statorique principal 21, 21’ et un corps de rotatif principal 12 central comprend de préférence un dispositif d’alimentation C inductif selon l’exemple de la en ayant son corps rotorique d’alimentation C1 dans le corps de rotatif principal 12 central, notamment en le rendant solidaire de l’arbre de rotation 11 et les deux corps statoriques d’alimentation C2, C2 sont chacun situé dans le corps rotatif principal 12, 12’ correspondant.
La représente une machine électrique à flux axial selon un dixième mode de réalisation, dans laquelle le rotor 1 comprend un deuxième corps rotatif principal 12’ solidaire en rotation avec l’arbre de rotation 11, identique à celui du premier corps rotatif principal 12 et un deuxième bobinage rotatif principal 13’ bobiné dans le deuxième corps rotatif principal 12’. Le premier et deuxième corps rotatif principal 12, 12’ comprennent chacun une pluralité de dents formant chacune un pôle nord ou sud.
Le corps statorique principal 21 du stator 2 est situé axialement entre les deux corps rotatifs principaux 12, 12’ et en ce que chaque dent 210 comprend une deuxième surface d’entrefer à l’opposé de la première surface d’entrefer et en ce que la deuxième surface d’entrefer est située en vis-à-vis deuxième corps rotatif principal 12.
Dans cet exemple le dispositif d’alimentation C est inductif et est du type de celui représenté en tel que le corps rotatif d’alimentation C1 est connecté au premier bobinage rotatif principal 13, et le deuxième corps rotatif d’alimentation C1’ est connecté au deuxième bobinage rotatif principal 13’. L’alimentation par les deux corps rotatifs d’alimentation C1, C1 des deux bobinages rotatifs principaux 13, 13’, est tel que chaque dent formant un pôle du deuxième corps rotatif principal 12, 12’ est alignée axialement avec une dent du premier corps rotatif ayant un pôle d’une polarité différente du premier corps. En particulier dans cet exemple, les bobinages rotatifs principaux 13, 13’ sont à pôles saillants une dent 120 sur deux. Les corps rotatifs principaux 12, 12’ sont décalés l’un par rapport à l’autre angulairement de manière qu’une dent 120 nu (c’est-à-dire que le bobinage ne comprend pas de spire enroulée autour de la dent) de la première corp rotative principal 12 est alignée axialement avec une dent 120 bobinée par le deuxième bobinage principal 13’, du deuxième corps rotatif principal 12. Ainsi, dans cet exemple, le premier corps rotatif d’alimentation C1 alimente le premier bobinage principal 13 dans un premier sens et le deuxième corps rotatif d’alimentation C1’ alimente le deuxième bobinage principal 13’ dans l’autre sens.
Le corps statorique d’alimentation C2 est solidaire du corps statorique principal 21 du stator 2 par exemple par des bras ou en étant monté serré. Bien entendu la machine pourrait avoir un dispositif d’alimentation C comportant qu’un seul corps rotatif d’alimentation C1 alimentant les deux bobinages rotatifs principaux 13, 13’. Dans cet exemple, le corps statorique d’alimentation C2 et le corps statorique principal 21 pourrait être en résine ou en fibre de verre, notamment formés par une carte imprimée dont les traces gravées formeraient le bobinage d’alimentation 13 et la bobine d’induction C20.
Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique.
Claims (19)
- Machine électrique à flux axial compacte comprenant :
- un rotor (1) comprenant :
- un arbre de rotation (11) d’axe de rotation (x),
- un corps rotatif principal (12) solidaire en rotation avec l’arbre de rotation, en matériau ferromagnétique, comprenant un bâti (121) et des dents (120) s’étendant chacune d’une face radiale interne du bâti (121), le bâti (121) comprenant en outre une deuxième face radiale externe (12b) opposée à la première face radiale interne,
- un bobinage rotatif principal (13) situé dans le corps rotatif principal (12), le bobinage rotatif principal (13) comprenant une première extrémité axiale rotatif (13a) et une deuxième extrémité axiale rotatif (13b) opposée à la première extrémité axiale (13a),
- un stator (2) comprenant :
- un corps statorique principal (21) comprenant une ouverture traversée par l’arbre de rotation (11),
- un bobinage statorique principal (23) situé dans le corps statorique principal (21) et solidaire de ce dernier, comprenant une première extrémité axiale (23a) faisant face vers l’extrémité axial rotatif (13a) du bobinage rotatif principal (13) et une deuxième extrémité axiale (23b) opposée à la première extrémité axiale (23a)
- un dispositif d’alimentation rotatif (C) comprenant :
- un corps rotorique d’alimentation (C1) solidaire de l’arbre de rotation (11) et connecté électriquement au bobinage rotatif principal (13) pour l’alimenter,
- un corps statorique d’alimentation (C2) solidaire en rotation au corps statorique principal (21) pour transmettre l’énergie au corps rotorique d’alimentation (C1),
- caractérisée en ce que le corps rotorique d’alimentation (C1) et le corps statorique d’alimentation (C2) comprennent chacun une longueur axiale (l1, l2) et en ce que au moins 50 % suivant la longueur axiale (l1, l2) du corps rotorique d’alimentation (C1) ou du corps statorique d’alimentation (C2) est situé axialement entre la face radiale externe (12b) du bâti (121) du cops rotatif principal (12) et la deuxième extrémité axiale (23b) du bobinage statorique (23).
- un rotor (1) comprenant :
- Machine électrique à flux axial compacte selon la revendication 1, dans laquelle le rotor (1) comprenant un rayon interne (r1) mesuré entre l’axe de rotation (x) et une extrémité radiale interne (21i) du corps rotorique principal (11) située axialement le plus proche de l’entrefer axial et radialement la plus proche de l’axe de rotation (X) et un rayon externe (r2) mesuré entre l’axe de rotation (x) et une extrémité radiale externe (21e) du corps rotatif principal (11) située axialement le plus proche de l’entrefer axial et radialement la plus éloignée de l’axe de rotation (x), et en ce que le rayon interne (r1) est compris entre 40% et 80% du rayon externe (r2).
- Machine électrique à flux axial compacte selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le corps rotorique d’alimentation (C1) est en vis-à-vis axialement du corps statorique d’alimentation (C2).
- Machine électrique à flux axial compacte selon les revendications 2 et 3, dans laquelle
- le corps rotorique d’alimentation (C1) comprend un rayon externe rotatif d’alimentation (r3) inférieur ou égal au rayon interne (r1) et comprend une première et une deuxième face d’extrémité axiale rotative d’alimentation (C1a, C1b) opposées l’une à l’autre axialement,
- le corps statorique d’alimentation (C2) comprend un rayon externe rotatif d’alimentation (r4) inférieur ou égal au rayon interne (r1) et comprend une première et une deuxième face d’extrémité axiale statorique d’alimentation (C2a, C2b) opposées l’une à l’autre axialement,
- la première face d’extrémité axiale rotative d’alimentation (C1a) et la première face d’extrémité axiale statorique d’alimentation (C2a) font face l’une à l’autre et sont chacune situées entre la deuxième extrémité axiale (13b) du bobinage rotatif (13) et la deuxième extrémité axiale (23b) du bobinage statorique (23).
- Machine électrique à flux axial compacte selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le corps rotatif principal (12) est solidaire de l’arbre de rotation (11) par l’intermédiaire du corps rotorique d’alimentation (C1).
- Machine électrique à flux axial compacte selon l’une des revendications précédentes, comprenant un palier (P1) entre le corps statorique d’alimentation (C2) et l’arbre de rotation (11).
- Machine électrique à flux axial compacte selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le dispositif d’alimentation rotatif (C) est à balai, le corps rotorique d’alimentation (C1) comprend un collecteur comprenant au moins deux pistes isolées l’une de l’autre et le corps statorique d’alimentation (C2) comprenant au moins deux balais en contact chacun avec une des pistes correspondantes.
- Machine électrique à flux axial compacte selon l’une des revendications 1 à 6, dans laquelle le dispositif d’alimentation rotatif (C) est inductif,
- le corps statorique d’alimentation (C2) comprenant un circuit d’induction et
- le corps rotorique d’alimentation (C1) comprenant :
- une bobine induite (C10) en vis-à-vis du circuit d’induction pour transformer l’énergie du circuit d’induction en courant électrique, et
- des composants électroniques pour redresser le courant électrique transformé par la bobine induite (C10), reliés au bobinage rotatif principal (13) pour l’alimenter.
- Machine électrique à flux axial compacte selon la revendication précédente, comprenant :
- un deuxième corps rotorique d’alimentation (C1’),
- un deuxième corps rotatif principal (12’) solidaire du deuxième corps rotorique d’alimentation (C1),
- une deuxième bobine principale (12’) bobinée dans le deuxième corps rotatif principal (12’),
- une carte imprimée comprenant :
- le corps statorique principal (21),
- le bobinage statorique principal (23) formée par des traces gravées sur la carte imprimée et
- le corps statorique d’alimentation (C2),
- le bobinage statorique d’alimentation formée par des traces gravées sur la carte imprimée.
- et dans laquelle le corps statorique principal (21) et le bobinage statorique principal sont situés entre les deux corps rotatif principaux (12’) et le corps statorique d’alimentation (C2) solidaire du corps statorique principal (21) est situé entre les deux corps rotoriques d’alimentation (C1, C1’).
- Machine électrique à flux axial compacte selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le dispositif d’alimentation (C) comprend en outre un deuxième corps de rotor d’alimentation (C1’), le corps statorique d’alimentation (C2) étant situé entre le premier et deuxième corps de rotor d’alimentation (C1, C1’) pour les alimenter.
- Machine électrique à flux axial compacte selon l’une des revendications 1 à 4 ou l’une des revendications 6 à 8, dans laquelle le dispositif d’alimentation (C) comprend en outre un deuxième corps statorique d’alimentation (C2’), le corps de rotor d’alimentation (C1) étant situé entre le premier et deuxième corps statorique d’alimentation (C2, C2’) pour les alimenter.
- Machine électrique à flux axial compacte selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le corps rotatif principal (12) comprend une ouverture logeant l’arbre rotatif, l’ouverture ayant un diamètre égal + ou – 5% du diamètre de l’ouverture (210) du corps statorique principal (21).
- Machine électrique à flux axial compacte selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le corps de rotor principal (12) comprend des dents comprenant au moins une surface d’entrefer radial formant une partie d’une première face radiale d’entrefer axiale rotorique (12a), le rotor (1) comprend en outre une frette entourant et en contact avec les dents du corps de rotor.
- Machine électrique à flux axial compacte selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le corps rotatif principal (12) est à pole saillant comprenant une pluralité de dents formant chacune un pôle nord ou sud, le bobinage rotatif principal (13) comprenant une pluralité de bobines alimentées et connectées électriquement au corps rotorique d’alimentation (C1).
- Machine électrique à flux axial compacte selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le corps rotatif principal (12) est à griffes, dans lequel les dents (120) formant chacune un pôle nord ou sud et comprenant chacune une base s’étendant axialement chacune du bâti ferromagnétique (121) et un bec s’étendant radialement de la base, les dents formant soit des griffes internes (120i) dont la base s’étend d’une périphérie interne du bâti du côté de l’orifice soit des griffes externes (120e) dont la base s’étend du côté d’une périphérie externe du bâti à l’opposé de l’orifice.
- Machine électrique à flux axial compacte selon la revendication précédente dans laquelle le rotor comprend en outre des aimants inter dent-embase entre chaque dent.
- Machine électrique à flux axial compacte selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le rotor comprend en outre des aimants inter-pôles entre chaque dent.
- Machine électrique à flux axial compacte selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle :
- le rotor (1) comprend un deuxième corps rotatif principal (12’) solidaire en rotation avec l’arbre de rotation (11), identique à celui du premier corps rotatif principal (12) et un deuxième bobinage rotatif principal (13’) bobiné dans le deuxième corps rotatif principal (12’), le premier et deuxième corps rotatif principal (12, 12’) comprenant chacun une pluralité de dents formant chacune un pôle nord ou sud,
- le corps rotatif d’alimentation (C1) étant connecté aux premier et deuxième bobinages rotatifs (13, 13’) tel que chaque dent formant un pôle du deuxième corps rotatif est alignée axialement avec une dent du premier corps rotatif ayant un pôle d’une polarité différente du premier corps,
- le corps statorique principal (21) étant situé axialement entre les deux corps rotatifs principaux (12, 12’) et en ce que chaque dent (210) comprend une deuxième surface d’entrefer à l’opposé de la première surface d’entrefer et en ce que la deuxième surface d’entrefer est située en vis-à-vis deuxième corps rotatif principal (12’).
- Machine électrique à flux axial compacte selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle :
- le stator (2) comprend un deuxième corps statorique principal (21’) identique et solidaire en rotation avec le premier corps statorique principal (21) et le corps statorique d’alimentation (C2), et un deuxième bobinage statorique principal bobiné dans le deuxième corps statorique principal (21’), le premier et deuxième corps statorique principal (21, 21’) comprenant chacun une pluralité de dents formant chacune un pôle nord ou sud,
- le corps rotatif principal (12) étant situé axialement entre les deux corps statoriques principaux (21, 21’) et en ce que le bâti (121) comprend plusieurs sections angulaires et la deuxième face radiale externe (12b) du bâti (121) forme sur chaque section une deuxième surface d’entrefer à l’opposé de la première surface d’entrefer et en ce que la deuxième surface d’entrefer est située en vis-à-vis du deuxième corps statorique principal (21’).
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3151949A1 true FR3151949A1 (fr) | 2025-02-07 |
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|---|---|---|---|
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB698999A (en) * | 1950-07-28 | 1953-10-28 | Otto Welter | Electrical commutator machine |
| DE4427323C2 (de) * | 1994-08-02 | 2001-06-07 | Wolfgang Hill | Elektrische Maschine mit Permanentmagneten und Erregerfeldwicklungen |
| JP2016116368A (ja) * | 2014-12-16 | 2016-06-23 | 日本ピストンリング株式会社 | 回転電機 |
-
2023
- 2023-07-31 FR FR2308303A patent/FR3151949A1/fr active Pending
-
2024
- 2024-07-31 WO PCT/EP2024/071738 patent/WO2025027101A1/fr unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB698999A (en) * | 1950-07-28 | 1953-10-28 | Otto Welter | Electrical commutator machine |
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| JP2016116368A (ja) * | 2014-12-16 | 2016-06-23 | 日本ピストンリング株式会社 | 回転電機 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2025027101A1 (fr) | 2025-02-06 |
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