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WO2016027010A1 - Moteur ou génératrice synchrone électromagnétique à plusieurs entrefers et flux magnétique diagonal - Google Patents

Moteur ou génératrice synchrone électromagnétique à plusieurs entrefers et flux magnétique diagonal Download PDF

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Publication number
WO2016027010A1
WO2016027010A1 PCT/FR2015/000168 FR2015000168W WO2016027010A1 WO 2016027010 A1 WO2016027010 A1 WO 2016027010A1 FR 2015000168 W FR2015000168 W FR 2015000168W WO 2016027010 A1 WO2016027010 A1 WO 2016027010A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
magnets
rotor
motor
winding
generator
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/FR2015/000168
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English (en)
Inventor
Romain RAVAUD
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Whylot SAS
Original Assignee
Whylot SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Whylot SAS filed Critical Whylot SAS
Publication of WO2016027010A1 publication Critical patent/WO2016027010A1/fr
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    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/03—Machines characterised by aspects of the air-gap between rotor and stator

Definitions

  • the present invention relates to a synchronous electromagnetic motor or generator with several air gaps and diagonal magnetic flux, this flux being different from an axial or radial flow or a combination of these two types of flow.
  • a conventional motor embodiment is composed of at least one rotor forming its rotating element and at least one stator forming its fixed element.
  • the rotor may comprise at least one series of permanent magnets and the stator may comprise at least one series of coils.
  • a motor When the series or series of windings are electrically powered, the rotor which is attached to the motor drive shaft is subjected to a torque resulting from the magnetic field thus created.
  • a motor is referred to as axial, radial or transverse flow.
  • the or each series of magnets has a thick arc shape. Magnets are said to axial flow because their magnetic field is orthogonal to the plane of the arc of the disc forming the rotor body. The center of the arc goes through the drive shaft of the motor or electromagnetic generator.
  • a transverse flow motor has the following configuration: a stator with a single axial coil with several magnetic circuits, stirrups, orthoradial orientation and overlapping the winding, the rotor retaining its role of looping the magnetic flux but having magnets at the new configuration of the stator and winding brackets.
  • WO / 2011059162 discloses an axial flow permanent magnet motor or generator which combines an axial flow mode with a radial flow mode.
  • This motor or generator comprises a first and a second rotor each comprising at least one magnet, said magnets being installed in opposite directions, a first and a second stator each comprising a coil at each end of a core, face to face, said core comprising a fixing unit connected to its central part and fixed to an external anchoring support to interpose between the first rotor and the second rotor.
  • the engine or generator according to this document also comprises a yoke which is spaced apart from the magnets installed in the first and second rotors and which is connected to the first and second rotors from the inside to form a magnetic flux circuit.
  • such an engine or generator combines the advantages of an axial flow and a radial flow.
  • the torque in a given place can be doubled, which gives a motor or a high efficiency generator.
  • US-A-2004/150289 or US-A-5 886 550 discloses an electromagnetic motor or generator comprising a rotor with a body in the form of a disc secured to at least one median drive shaft, at least one stator, at least one permanent magnet being carried by the rotor and at least one associated winding being carried by said at least one stator, an air gap being defined between said at least one magnet and said at least one winding, said at least one winding being positioned to create a magnetic flux on said at least one magnet when electrically powered or conversely, the rotor comprising at least two magnets extending in two different directions, at least one of which extends in projection and revolution of the rotor body while making with the body an angle different from 0 ° and 90 °, a winding being provided for each magnet, said at least two magnets being distributed all around the rotor body leaving a gap between them.
  • the windings are outside the distribution of said at least two magnets arranged around the rotor body and do not penetrate between said at least two magnets. It follows a lack of compactness of such engine or generator object of these documents.
  • WO-A-00/70725 discloses an engine comprising two parallel branches forming an angle of 180 ° between them since extending in the opposite direction, each carrying a magnet. A winding is interposed between the two branches.
  • the branches do not form an angle of 0 to 90 ° between them starting from the same central core and are not in revolution around the body of a rotor which is not in the form of a disk. It follows that such an engine or generator that does not have a rotor in the form of a disk is not compacted optimally.
  • the problem underlying the present invention is to design a motor or generator comprising a rotor in the form of a disk that can deliver a magnetic flux during its operation not derived from an axial or radial flow or a combination of these two flows, this magnetic flux to significantly increase the torque provided by the engine or the energy delivered by the generator while maintaining a high compactness to the engine or the generator, the engine or generator that can withstand a speed of high rotation of the rotor.
  • an electromagnetic motor or generator comprising a rotor with a body in the form of a disc secured to at least one median drive shaft, at least one stator, a gap being defined between the rotor and said at least one stator, at least one permanent magnet being carried by the rotor and at least one associated winding being carried by said at least one stator, said at least one winding being positioned to create a magnetic flux on said at least one a magnet when electrically energized or vice versa, the rotor comprising at least two magnets extending in two different directions, at least one of which extends in projection and revolution of the rotor body while making with the body an angle different from 0 ° and 90 °, a winding being provided on each side of each magnet, said at least two magnets being distributed all around the rotor body leaving a gap between them, characterized in that a winding is housed in the interval, the magnetic flux created by the coil exerted on the two magnets surrounding it.
  • Such an electric motor or generator can not be qualified as a motor or generator with radial flow or axial flow or even combined radial and axial flow.
  • the flow created is rather similar to a diagonal flow according to the positioning of the magnets, especially when they are positioned in axial section in a star-shaped configuration. It is thus possible to have a motor or generator with multiple air gaps with a power multiplied by the number of magnets forming branches of different direction on the rotor.
  • said at least two magnets are inclined relative to each other in axial section of the rotor. This makes it possible to maintain a narrowing gap as one moves closer to the rotor and to ensure that the magnets take up a minimum of space by exploiting all the space surrounding the portion of the rotor that carries the magnets.
  • said at least two magnets are distributed around the body in the form of rotor disk leaving an interval between them in which is housed a coil, the magnetic flux created by the coil acting on the two magnets surrounding it or conversely for a generator. This results in a uniform distribution of the magnets all around the rotor body.
  • each winding has a specific shape at its associated interval. This makes it possible to exploit the associated interval as much as possible.
  • each winding has a pointed shape narrowing towards the portion of the rotor separating two adjacent magnets. Thus, the gap between two magnets is almost completely filled by a coil, resulting in space saving and obtaining a compact configuration motor or generator.
  • said at least two magnets define in axial section of the rotor a star shape.
  • the star shape is preferred since it makes it possible to exploit all the surrounding space all around the portion of the rotor carrying the magnets.
  • the magnets are not so superimposed or aligned but connected to each other to the portion of the rotor carrying them, which provides a saving of space and helps to obtain a compact configuration engine or generator.
  • the star shape comprises from two to ten branches, each branch carrying a magnet.
  • the windings are secured to a carrier structure forming a stator. This helps support the windings and compactness of the stator, as well as its rigidity.
  • At least two windings are carried by a common structure. This assists in supporting and maintaining the windings so that they are properly inserted into their respective gaps between two adjacent magnets of the rotor and remain in place within this range without the possibility of shifting.
  • the structure common to said at least two coils is connected to the carrier structure, which reinforces the holding of the coils in position.
  • said at least magnets are brought towards the periphery of the rotor body by forming a first set of magnets and coils.
  • the motor or the generator has at least one second set of magnets and coils, the second set of magnets and winding being closer to the drive shaft than the first set.
  • the motor or the generator has at least one second set of magnets and coils, the second set of magnets and winding being closer to the drive shaft than the first set.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an axial section of a non-axial or radial synchronous motor or generator according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a diagrammatic representation of an axial section of a non-axial or radial synchronous motor or generator according to a second embodiment of the present invention.
  • the number of branches of the axial star section shown in FIGS. 1 and 2 is not limiting.
  • the windings shown are not necessarily connected to each other or to each other as illustrated. Different forms of structure carrying windings have been shown on the right and left in the figure: this is not necessarily the case, these bearing structures may be similar to left and right, which is the preferred embodiment. These different carrier structures may constitute alternative embodiments for maintaining the windings.
  • a motor 1 or an electromagnetic generator comprises a rotor 2 in the form of a disk secured to at least one median drive shaft 3, 3a and at least one a stator 4.
  • the rotor 2 comprises a body 2a which forms the disk extending perpendicular to the drive shaft 3, 3a being integral thereto.
  • a rolling bearing 10, 10a fixed to the stator 4 surrounds each drive shaft 3, 3a in order to allow it to rotate relative to the stator 4.
  • At least one permanent magnet 5, 5a is carried by the rotor 2 and at least one associated winding 6, 6a, 6b, 6c is carried by said at least one stator 4, an air gap being defined between said at least one magnet 5, 5a and said at least one winding 6, 6a, 6b, 6c.
  • Said at least one winding 6, 6a, 6b, 6c is positioned to create a magnetic flux on said at least one magnet 6, 6a, 6b, 6c.
  • it is the rotation of the rotor 2 and said at least one magnet 5, 5a which creates a current induced in the windings 6, 6a, 6b, 6c.
  • the magnets 5, 5a are carried by a respective branch of which only two are referenced 11.
  • the magnets 5, 5a can be encapsulated in a resin or other binder to be secured respectively with their branch 11. In one embodiment of the present invention, it is also possible that the magnets occupy the entire width of the shape carrying them respectively.
  • the rotor 2 comprises at least two magnets 5, 5a extending in two different directions, at least one of which extends in projection and in revolution of the body 2a of the rotor 2 while making with the body 2a an angle different from 0 ° and 90 °, a winding 6, 6a, 6b, 6c being provided on each side of each magnet 5, 5a.
  • the engine or the generator is said to have several air gaps with a succession of different diagonal magnetic fluxes for most of a radial or axial magnetic flux.
  • the magnets 5, 5a may be of revolution being continuous around the rotor 2 as well as the windings 6, 6a, 6b, 6c, the magnets 5, 5a can then be substantially cylindrical.
  • a magnet 5 or 5a may consist of a series of magnets forming a distribution of magnets in revolution around the rotor 2, mainly of its body 2a.
  • Said at least two magnets 5, 5a are advantageously inclined with respect to one another in axial section of the rotor 2. It is possible that one of the magnets 5 is in the extension of the body of the rotor 2 or included in the body of the rotor 2 while the other forms an angle with the rotor body always in axial section of the rotor 2.
  • said at least two magnets 5, 5a are distributed all around the disk formed by the body 2a of the rotor 2, leaving a gap between them in which is housed a coil 6 , 6a, 6b, 6c, the magnetic flux created by the coil 6, 6a, 6b, 6c acting on the two magnets 5, 5a surrounding it or conversely for the generator.
  • this distribution can be uniform and symmetrical leaving the same gap between each magnet 5, 5a and its immediate neighbor.
  • Each winding 6, 6a, 6b, 6c has a shape specific to its associated interval.
  • the magnets 5, 5a can extend by having an inclination, advantageously axial, between them and therefore extending in divergent directions away from each other, the further away the rotor 2, each coil 6, 6a, 6b, 6c has a pointed shape 7 narrowing towards the portion of the rotor 2 separating two magnets 5, 5a adjacent.
  • said at least two magnets 5, 5a define in axial section of the rotor 2 a starry shape.
  • This star shape has at least two branches, each branch having a respective magnet 5, 5a.
  • the star-shaped axial section of the rotor 2 can comprise two to n branches, n being a natural number greater than two, each branch carrying a magnet or a succession of magnets around the rotor 2.
  • the number n is advantageously between three and twenty.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment to that of FIG. 2.
  • said at least two magnets 5, 5a are non-uniformly distributed around the disk constituted by the body 2a of the rotor 2, leaving a interval between them in which is housed a coil 6, 6a, 6b, 6c, the magnetic flux created by the coil 6, 6a, 6b, 6c exerted on the two magnets 5, 5a surrounding or conversely for the generator.
  • the windings 6, 6a, 6b, 6c can be secured to a carrier structure 8 forming a stator 4, in particular by defining its inner contour.
  • the carrier structure 8 may advantageously be in the form of a housing containing the windings 6, 6a, 6b, 6c and surrounding at least partially at a distance the outer contour of the body 2a of the rotor 2, in particular its outer periphery farthest from the drive shaft 3, 3a.
  • At least two coils 6b, 6c can also be carried by a common structure 9.
  • the common structure 9 to said at least two coils 6b, 6c can advantageously be connected to the carrier structure 8.
  • magnetization arrows are incorporated in the magnets. It is possible to reverse the direction of the arrows and even arrange the magnets so that the arrows are oriented differently.
  • Said at least two magnets 5, 5a can be brought towards the outer periphery of the disk-shaped body 2a of the rotor 2, that is to say its outermost portion furthest from the drive shaft 3, 3a.
  • the periphery of the rotor 2 with said at least two magnets 5, 5a and the windings 6, 6a, 6b, 6c form a first assembly in revolution of magnets 5, 5a and coils 6, 6a, 6b, 6c .
  • the engine 1 or the generator may have at least a second set of magnets and coils, the second set of magnets and winding being closer to the drive shaft 3, 3a than the first set.
  • the windings 6, 6a, 6b, 6c of each of these assemblies can be powered separately in order to provide the motor with a regulation of its power.
  • a conventional winding 6, 6a, 6b, 6c may consist of a good conductor wire wound on a support means advantageously flexible and elastically deformable.
  • the coils 6, 6a, 6b, 6c can also be embedded in any insulating binder, for example a resin, to ensure good electromagnetic insulation thereof.
  • a non-limiting embodiment of a winding or windings for an engine or a generator may comprise one or more windings in the form of a rigid branch, for example three rigid branches, which corresponds to the use of a three-phase current. This or these rigid branches are advantageously in one piece.
  • the motor or the electromagnetic generator according to the present invention can be polyphase. In this case, it advantageously has at least one winding per phase of current.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

"Moteur ou génératrice synchrone électromagnétique à plusieurs entrefers et flux magnétique diagonal " La présente invention concerne un moteur (1) ou génératrice comprenant un rotor (2) avec un corps (2a) sous forme d'un disque solidaire d'au moins un arbre (3, 3a) d'entraînement, au moins un stator (4), au moins un aimant (5, 5a) permanent porté par le rotor (2) et au moins un bobinage (6, 6a, 6b, 6c) associé porté par le stator (4), le bobinage (6, 6a, 6b, 6c) étant positionné pour créer un flux magnétique sur ledit au moins un aimant (5, 5a) quand alimenté électriquement ou inversement. Le rotor (2) comprend au moins deux aimants (5, 5a) s'étendant selon deux directions différentes dont au moins un s'étend en saillie et en révolution du corps (2a) en faisant un angle différent de 0° et de 90°, un bobinage (6, 6a, 6b, 6c) étant prévu de chaque coté de chaque aimant (5, 5a).

Description

"Moteur ou génératrice synchrone électromagnétique à plusieurs entrefers et flux magnétique diagonal "
La présente invention porte sur un moteur ou une génératrice synchrone électromagnétique à plusieurs entrefers et flux magnétique diagonal, ce flux se différenciant d'un flux axial ou radial ou d'une combinaison de ces deux types de flux.
Selon l'état de la technique, un mode de réalisation classique de moteur se compose d'au moins un rotor formant son élément tournant et d'au moins un stator formant son élément fixe. Le rotor peut comprendre au moins une série d'aimants permanents et le stator peut comprendre au moins une série de bobinages.
Quand la série ou les séries de bobinages sont alimentées électriquement, le rotor qui est fixé à l'arbre d'entraînement du moteur est soumis à un couple résultant du champ magnétique ainsi créé. Selon la direction du flux magnétique créé, un moteur est désigné comme étant de flux axial, radial ou transverse.
Pour une génératrice, c'est la rotation du rotor qui créé un courant induit dans les séries de bobinages.
Pour un moteur à flux axial, la ou chaque série d'aimants présente une forme d'arc de cercle épais. Les aimants sont dits à flux axial car leur champ magnétique est orthogonal au plan de l'arc du disque formant le corps du rotor. Le centre de l'arc de cercle passe par l'axe d'entraînement du moteur ou de la génératrice électromagnétique.
Il existe aussi des moteurs synchrones à flux magnétique radial dirigé vers le centre du moteur et des moteurs synchrones à flux transverse. Un moteur à flux transverse présente la configuration suivante : un stator avec une unique bobine axiale avec plusieurs circuits magnétiques, des étriers, d'orientation orthoradiale et chevauchant le bobinage, le rotor conservant son rôle de rebouclage du flux magnétique mais présentant des aimants à la nouvelle configuration des étriers statoriques et de bobinage.
Pour ces deux types de moteur synchrone, il a aussi été développé une structure multi-entrefers, c'est-à-dire présentant au moins un stator entre deux rotors ou au moins un rotor entre deux stators. Ceci permet d'augmenter le couple délivré par le moteur mais présente le désavantage de compliquer la construction et l'encombrement du moteur.
De plus en plus les moteurs synchrones doivent remplir l'exigence de présenter un encombrement le plus réduit possible tout en fournissant la plus forte puissance possible. Il a donc été aussi proposé des moteurs combinant un flux axial à un flux radial.
Le document WO/2011059162 décrit un moteur ou une génératrice à aimants permanents à flux axial qui combine un mode de flux axial avec un mode à flux radial. Ce moteur ou générateur comporte un premier et un deuxième rotor comprenant chacun au moins un aimant, lesdits aimants étant installés dans des sens opposés, un premier et un deuxième stator comprenant chacun une bobine à chacune des extrémités d'un noyau, face à face, ledit noyau comprenant une unité de fixation reliée à sa partie centrale et fixée à un support externe d'ancrage à interposer entre le premier rotor et le deuxième rotor.
Le moteur ou la génératrice selon ce document comprend aussi une culasse qui est écartée des aimants installés dans les premier et deuxième rotors et qui est reliée aux premier et deuxième rotors par l'intérieur pour former un circuit de flux magnétique.
De ce fait, un tel moteur ou génératrice associe les avantages d'un flux axial et d'un flux radial. De plus, en disposant de deux stators entre les aimants, le couple en un lieu donné peut être doublé, ce qui donne un moteur ou une génératrice à haut rendement.
II est cependant souhaitable de pouvoir encore augmenter le couple produit par un moteur synchrone tout en n'augmentant pas notoirement son prix ou son encombrement.
Les documents US-A-2004/150289 ou US-A-5 886 550 décrivent un moteur ou génératrice électromagnétique comprenant un rotor avec un corps sous forme d'un disque solidaire d'au moins un arbre d'entraînement médian, au moins un stator, au moins un aimant permanent étant porté par le rotor et au moins un bobinage associé étant porté par ledit au moins un stator, un entrefer étant défini entre ledit au moins un aimant et ledit au moins un bobinage, ledit au moins un bobinage étant positionné pour créer un flux magnétique sur ledit au moins un aimant quand alimenté électriquement ou inversement, le rotor comprenant au moins deux aimants s'étendant selon deux directions différentes dont au moins un s'étend en saillie et en révolution du corps du rotor en faisant avec le corps un angle différent de 0° et de 90°, un bobinage étant prévu pour chaque aimant, lesdits au moins deux aimants étant répartis tout autour du corps du rotor en laissant un intervalle entre eux.
Dans ces documents, les bobinages se trouvent à l'extérieur de la répartition desdits au moins deux aimants disposés tout autour du corps du rotor et ne pénètrent pas entre lesdits au moins deux aimants. Il s'ensuit un manque de compacité d'un tel moteur ou génératrice objet de ces documents.
Le document WO-A- 00/70725 décrit un moteur comprenant deux branches parallèles faisant entre elles un angle de 180° car s'étendant en direction opposée en portant chacune un aimant. Un bobinage est intercalé entre les deux branches. Dans un tel moteur, les branches ne forment pas un angle de 0 à 90°entre elles en partant d'un même noyau central et ne sont pas en révolution autour du corps d'un rotor qui n'est pas sous forme d'un disque. Il s'ensuit qu'un tel moteur ou génératrice qui ne présente pas un rotor sous forme d'un disque n'est pas compacté de manière optimale.
Le problème à la base de la présente invention est de concevoir un moteur ou une génératrice comprenant un rotor sous forme d'un disque qui puisse délivrer un flux magnétique lors de son fonctionnement non dérivé d'un flux axial ou radial ou d'une combinaison de ces deux flux, ce flux magnétique permettant d'augmenter notoirement le couple fourni par le moteur ou l'énergie délivrée par la génératrice tout en conservant une grande compacité au moteur ou à la génératrice, ce moteur ou cette génératrice pouvant supporter une vitesse de rotation élevée du rotor.
A cet effet, on prévoit selon l'invention un moteur ou une génératrice électromagnétique comprenant un rotor avec un corps sous forme d'un disque solidaire d'au moins un arbre d'entraînement médian, au moins un stator, un entrefer étant défini entre le rotor et ledit au moins un stator, au moins un aimant permanent étant porté par le rotor et au moins un bobinage associé étant porté par ledit au moins un stator, ledit au moins un bobinage étant positionné pour créer un flux magnétique sur ledit au moins un aimant quand alimenté électriquement ou inversement, le rotor comprenant au moins deux aimants s'étendant selon deux directions différentes dont au moins un s'étend en saillie et en révolution du corps du rotor en faisant avec le corps un angle différent de 0° et de 90°, un bobinage étant prévu de chaque coté de chaque aimant, lesdits au moins deux aimants étant répartis tout autour du corps du rotor en laissant un intervalle entre eux, caractérisé en ce qu'un bobinage est logé dans l'intervalle, le flux magnétique créé par le bobinage s'exerçant sur les deux aimants l'entourant.
Un tel moteur ou génératrice électrique ne peut être qualifié de moteur ou génératrice à flux radial ou à flux axial ou même à flux combiné radial et axial. Le flux créé s'apparente plutôt à un flux diagonal selon le positionnement des aimants notamment quand ceux-ci sont positionnés en section axiale dans une configuration étoilée. Il est possible ainsi d'avoir un moteur ou une génératrice à multiples entrefers avec une puissance multipliée par le nombre d'aimants formant des branches de direction différente sur le rotor.
Comme un bobinage est logé dans chaque intervalle entre deux aimants, le flux magnétique créé par le bobinage s'exerçant sur les deux aimants, les bobinages s'étendent donc dans un espace le plus grand possible et exploite l'espace libre de l'intervalle entre deux aimants. Ceci augmente l'efficacité du moteur et rend le moteur nettement plus compact que quand les bobinages sont disposés à l'extérieur, comme il est montré par l'état de la technique le plus proche.
Avantageusement, lesdits au moins deux aimants sont inclinés l'un par rapport à l'autre en section axiale du rotor. Ceci permet de conserver un intervalle se rétrécissant plus on se rapproche du rotor et de garantir que les aimants prennent un minimum de place en exploitant tout l'espace entourant la portion du rotor qui porte les aimants.
Avantageusement, lesdits au moins deux aimants sont répartis tout autour du corps sous forme de disque du rotor en laissant un intervalle entre eux dans lequel est logé un bobinage, le flux magnétique créé par le bobinage s'exerçant sur les deux aimants l'entourant ou inversement pour une génératrice. Il est ainsi obtenu une distribution uniforme des aimants tout autour du corps du rotor.
Avantageusement, chaque bobinage présente une forme spécifique à son intervalle associé. Ceci permet d'exploiter au maximum l'intervalle associé. Avantageusement, chaque bobinage présente une forme en pointe se rétrécissant vers la portion du rotor séparant deux aimants adjacents. Ainsi, l'intervalle entre deux aimants est pratiquement complètement rempli par une bobine, d'où un gain de place et l'obtention d'un moteur ou d'une génératrice de configuration compacte.
Avantageusement, lesdits au moins deux aimants définissent en section axiale du rotor une forme étoilée. La forme étoilée est préférée étant donné qu'elle permet d'exploiter tout l'espace environnant tout autour de la portion du rotor portant les aimants. Les aimants ne sont pas ainsi superposés ou alignés mais reliés les uns aux autres à la portion du rotor les portant, ce qui procure un gain de place et aide à obtenir un moteur ou une génératrice de configuration compacte.
Avantageusement, la forme étoilée comprend de deux à dix branches, chaque branche portant un aimant.
Avantageusement, les bobinages sont solidarisés avec une structure porteuse formant stator. Ceci aide au support des bobinages et à la compacité du stator, de même qu'à sa rigidité.
Avantageusement, au moins deux bobinages sont portés par une structure commune. Ceci aide au support et au maintien des bobinages afin que ceux-ci soient correctement introduits dans leur intervalle respectif entre deux aimants adjacents du rotor et restent en place dans cet intervalle sans possibilité de décalage.
Avantageusement, la structure commune auxdits au moins deux bobinages est reliée à la structure porteuse, ce qui renforce le maintien des bobines en position.
Avantageusement, lesdits au moins aimants sont portés vers la périphérie du corps du rotor en formant un premier ensemble d'aimants et de bobinages.
Avantageusement, le moteur ou la génératrice présente au moins un deuxième ensemble d'aimants et de bobinages, le deuxième ensemble d'aimants et de bobinage se trouvant plus proche de l'arbre d'entraînement que le premier ensemble. Avec un tel arrangement, pour un même encombrement du stator, il peut être délivré un couple au moins deux fois plus fort ou n fois plus fort quand le moteur comprend n ensembles. Ces au moins deux ensembles peuvent fonctionner communément ou alternativement. Par exemple, comme exemple de fonctionnement alternatif, pour un moteur développant un fort couple, un positionnement externe d'un ensemble est avantageux tandis que pour un moteur tournant à grande vitesse, un positionnement plus interne d'un ensemble est plus approprié, ce qui permet de diminuer la force centrifuge s'appliquant sur les aimants portés par les ensembles et éviter leur décollement.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématique d'une coupe axiale d'un moteur ou génératrice synchrone à flux non axial ou radial selon un premier mode de réalisation de la présente invention,
- la figure 2 est une représentation schématique d'une coupe axiale d'un moteur ou génératrice synchrone à flux non axial ou radial selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention.
Les figures sont données à titre d'exemples et ne sont pas limitatives de l'invention. Elles constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l'invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier les dimensions des différentes pièces ne sont pas représentatives de la réalité.
Plus précisément, le nombre de branches de la section axiale en étoile représentée aux figures 1 et 2 n'est pas limitatif. De plus les bobinages représentés ne sont pas forcément reliés l'un à l'autre ou les uns aux autres de la manière illustrée. Des formes différentes de structure porteuse de bobinages ont été représentés à droite et à gauche dans la figure : ceci n'est pas forcément le cas, ces structures porteuses pouvant être similaires à gauche et à droite, ce qui est le mode de réalisation préféré. Ces différentes structures porteuses peuvent constituer des modes de réalisation alternatifs pour le maintien des bobinages.
En se référant aux figures 1 et 2, d'une manière générale, un moteur 1 ou une génératrice électromagnétique comprend un rotor 2 sous forme d'un disque solidaire d'au moins un arbre 3, 3a d'entraînement médian et au moins un stator 4. Le rotor 2 comprend un corps 2a qui forme le disque s'étendant perpendiculairement à l'arbre 3, 3a d'entraînement en lui étant solidaire.
Aux figures 1 et 2, il y a deux arbres d'entraînement 3 et 3a solidaires de la rotation du rotor 2, le premier de ces deux arbres 3 étant disposé d'un côté du stator 4 tandis que le second de ces arbres 3a est disposé de l'autre côté du stator 4. Ceci n'est pas limitatif et il peut n'y avoir qu'un arbre d'entraînement solidaire de la rotation du rotor 2.
Un palier de roulement 10, 10a fixé au stator 4 entoure chaque arbre d'entraînement 3, 3a afin de permettre sa rotation par rapport au stator 4.
Au moins un aimant 5, 5a permanent est porté par le rotor 2 et au moins un bobinage 6, 6a, 6b, 6c associé est porté par ledit au moins un stator 4, un entrefer étant défini entre ledit au moins un aimant 5, 5a et ledit au moins un bobinage 6, 6a, 6b, 6c. Ledit au moins un bobinage 6, 6a, 6b, 6c est positionné pour créer un flux magnétique sur ledit au moins un aimant 6, 6a, 6b, 6c. Pour une génératrice, c'est la rotation du rotor 2 et dudit au moins un aimant 5, 5a qui créé un courant induit dans les bobinages 6, 6a, 6b, 6c.
Aux figures 1 et 2, seuls deux aimants sont représentés en étant insérés dans une forme 11 les logeant faisant partie du rotor 2 en étant indiqués par les références 5 et 5a. Ces références s'appliquent cependant à tous les aimants permanents illustrés à ces figures qui peuvent être logés dans une forme respective. Il en va de même pour les bobinages et leurs références 6, 6a qui sont valables pour tous les bobinages. Les références 6b, 6c sont relatives à des bobinages spécifiques qui seront ultérieurement détaillés.
Aux figures 1 et 2, il est visible que dans les modes de réalisation illustrés, les aimants 5, 5a sont portés par une branche respective dont deux seulement sont référencées 11. Les aimants 5, 5a peuvent être encapsulés dans une résine ou un autre liant pour être solidarisés respectivement avec leur branche 11. Dans un mode de réalisation de la présente invention, il est possible aussi que les aimants occupent la totalité de la largeur de la forme les portant respectivement.
Selon la présente invention, le rotor 2 comprend au moins deux aimants 5, 5a s'étendant selon deux directions différentes dont au moins un s'étend en saillie et en révolution du corps 2a du rotor 2 en faisant avec le corps 2a un angle différent de 0° et de 90°, un bobinage 6, 6a, 6b, 6c étant prévu de chaque coté de chaque aimant 5, 5a.
Le moteur ou la génératrice est dit à plusieurs entrefers avec une succession de flux magnétiques diagonaux différents pour la plupart d'un flux magnétique radial ou axial.
Les aimants 5, 5a peuvent être de révolution en étant continus autour du rotor 2 de même que les bobinages 6, 6a, 6b, 6c, les aimants 5, 5a pouvant être alors sensiblement cylindriques. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, un aimant 5 ou 5a peut être constitué d'une série d'aimants formant une répartition d'aimants en révolution autour du rotor 2, principalement de son corps 2a.
Lesdits au moins deux aimants 5, 5a sont avantageusement inclinés l'un par rapport à l'autre en section axiale du rotor 2. Il se peut qu'un des aimants 5 soit dans le prolongement du corps du rotor 2 ou inclus dans le corps du rotor 2 tandis que l'autre forme un angle avec le corps du rotor toujours en section axiale du rotor 2.
Dans une forme préférentielle de la présente invention, montrée à la figure 1 , lesdits au moins deux aimants 5, 5a sont répartis tout autour du disque constitué par le corps 2a du rotor 2 en laissant un intervalle entre eux dans lequel est logé une bobine 6, 6a, 6b, 6c, le flux magnétique créé par le bobinage 6, 6a, 6b, 6c s'exerçant sur les deux aimants 5, 5a l'entourant ou inversement pour la génératrice.
De manière préférentielle, comme montré à la figure 1 , cette répartition peut être uniforme et symétrique en laissant le même intervalle entre chaque aimant 5, 5a et son voisin immédiat.
Chaque bobinage 6, 6a, 6b, 6c présente une forme spécifique à son intervalle associé. Comme les aimants 5, 5a peuvent s'étendre en présentant une inclinaison, avantageusement axiale, entre eux donc en s'étendant dans des directions divergentes s'éloignant l'une de l'autre, plus on s'éloigne du rotor 2, chaque bobinage 6, 6a, 6b, 6c présente une forme en pointe 7 se rétrécissant vers la portion du rotor 2 séparant deux aimants 5, 5a adjacents.
Dans une forme de réalisation préférentielle et particulièrement avantageuse de la présente invention, toujours montrée à la figure 1 , lesdits au moins deux aimants 5, 5a définissent en section axiale du rotor 2 une forme étoilée. Cette forme étoilée présente au moins deux branches, chaque branche comportant un aimant 5, 5a respectif.
Ainsi la forme étoilée en section axiale du rotor 2 peut comprendre de deux à n branches, n étant un entier naturel supérieur à deux, chaque branche portant un aimant ou une succession d'aimants faisant le tour du rotor 2. Le nombre n est avantageusement compris entre trois et vingt.
La figure 2 montre une forme de réalisation alternative à celle de la figure 2. Dans cette forme de réalisation, lesdits au moins deux aimants 5, 5a sont répartis de manière non uniforme autour du disque constitué par le corps 2a du rotor 2 en laissant un intervalle entre eux dans lequel est logé une bobine 6, 6a, 6b, 6c, le flux magnétique créé par le bobinage 6, 6a, 6b, 6c s'exerçant sur les deux aimants 5, 5a l'entourant ou inversement pour la génératrice. Il y a donc une partie de l'étoile dirigée vers l'arbre d'entraînement 3, 3a qui ne présente pas de branches.
En se référant à nouveau aux figures 1 et 2, au moins une partie des bobinages 6, 6a, 6b, 6c peut être solidarisée avec une structure porteuse 8 formant stator 4, notamment en définissant son contour intérieur. La structure porteuse 8 peut avantageusement être sous la forme d'un carter contenant les bobinages 6, 6a, 6b, 6c et entourant au moins partiellement à distance le contour externe du corps 2a du rotor 2, notamment sa périphérie externe la plus éloignée de l'arbre d'entraînement 3, 3a.
Au moins deux bobinages 6b, 6c peuvent aussi être portés par une structure commune 9. Dans ce cas, la structure commune 9 auxdits au moins deux bobinages 6b, 6c peut être avantageusement reliée à la structure porteuse 8.
Aux figures 1 et 2, des flèches d'aimantation sont incorporées dans les aimants. Il est possible d'inverser le sens des flèches et même de disposer les aimants de telle manière que les flèches soient orientées différemment.
Lesdits au moins deux aimants 5, 5a peuvent être portés vers la périphérie externe du corps 2a en forme de disque du rotor 2, c'est-à-dire sa portion externe la plus éloignée de l'arbre d'entraînement 3, 3a. Dans ce cas, la périphérie du rotor 2 avec lesdits au moins deux aimants 5, 5a et les bobinages 6, 6a, 6b, 6c forment un premier ensemble en révolution d'aimants 5, 5a et de bobinages 6, 6a, 6b, 6c. Le moteur 1 ou la génératrice peut présenter au moins un deuxième ensemble d'aimants et de bobinages, le deuxième ensemble d'aimants et de bobinage se trouvant plus proche de l'arbre d'entraînement 3, 3a que le premier ensemble. Les bobinages 6, 6a, 6b, 6c de chacun de ces ensembles peuvent être alimentés séparément afin de procurer au moteur une régulation de sa puissance.
Un bobinage 6, 6a, 6b, 6c classique peut consister en un fil métallique bon conducteur enroulé sur un moyen de support avantageusement souple et élastiquement déformable. Les bobinages 6, 6a, 6b, 6c peuvent être aussi noyés dans tout liant isolant, par exemple une résine, pour assurer une bonne isolation électromagnétique de ceux-ci.
Une forme de réalisation non limitative d'un ou de bobinages pour un moteur ou une génératrice peut comprendre un ou des bobinages sous forme d'une branche rigide, par exemple trois branches rigides ce qui correspond à l'utilisation d'un courant triphasé. Cette ou ces branches rigides sont avantageusement d'un seul tenant.
Avantageusement, le moteur ou la génératrice électromagnétique selon la présente invention peut être polyphasé. Dans ce cas, il présente avantageusement au moins un bobinage par phase de courant.
L'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples.

Claims

REVENDICATIONS
1. Moteur (1 ) ou génératrice électromagnétique comprenant un rotor (2) avec un corps (2a) sous forme d'un disque solidaire d'au moins un arbre (3, 3a) d'entraînement médian, au moins un stator (4), au moins un aimant (5, 5a) permanent étant porté par le rotor (2) et au moins un bobinage (6, 6a, 6b, 6c) associé étant porté par ledit au moins un stator (4), un entrefer étant défini entre ledit au moins un aimant (5, 5a) et ledit au moins un bobinage (6, 6a, 6b, 6c), ledit au moins un bobinage (6, 6a, 6b, 6c) étant positionné pour créer un flux magnétique sur ledit au moins un aimant (5, 5a) quand alimenté électriquement ou inversement, le rotor (2) comprenant au moins deux aimants (5, 5a) s'étendant selon deux directions différentes dont au moins un s'étend en saillie et en révolution du corps (2a) du rotor (2) en faisant avec le corps (2a) un angle différent de 0° et de 90°, un bobinage (6, 6a, 6b, 6c) étant prévu de chaque coté de chaque aimant (5, 5a), lesdits au moins deux aimants (5, 5a) étant répartis tout autour du corps (2a) du rotor (2) en laissant un intervalle entre eux, caractérisé en ce qu'un bobinage (6, 6a, 6b, 6c) est logé dans l'intervalle, le flux magnétique créé par le bobinage (6, 6a, 6b, 6c) s'exerçant sur les deux aimants (5, 5a) l'entourant.
2. Moteur (1 ) ou génératrice selon la revendication précédente, dans lequel lesdits au moins deux aimants (5, 5a) sont inclinés l'un par rapport à l'autre.
3. Moteur (1 ) ou génératrice selon la revendication précédente, dans lequel chaque bobinage (6, 6a, 6b, 6c) présente une forme spécifique à son intervalle associé.
4. Moteur (1 ) ou génératrice selon la revendication précédente, dans lequel chaque bobinage (6, 6a, 6b, 6c) présente une forme en pointe (7) se rétrécissant vers la portion du rotor (2) séparant deux aimants (5, 5a) adjacents.
5. Moteur (1 ) ou génératrice selon l'une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel lesdits au moins deux aimants (5, 5a) définissent en section axiale du rotor (2) une forme étoilée.
6. Moteur (1 ) ou génératrice selon la revendication précédente, dans lequel la forme étoilée comprend de deux à n branches, n étant un entier naturel supérieur à 2, chaque branche portant un aimant (5, 5a).
7. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins une partie des bobinages (6, 6a, 6b, 6c) est solidarisée avec une structure porteuse (8) formant stator (4).
8. Moteur (1 ) ou génératrice selon la revendication précédente, dans lequel au moins deux bobinages (6b, 6c) sont portés par une structure commune (9).
9. Moteur (1 ) ou génératrice selon la revendication précédente, dans lequel la structure commune (9) auxdits au moins deux bobinages (6b, 6c) est reliée à la structure porteuse (8).
10. Moteur (1 ) ou génératrice selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdits au moins deux aimants (5, 5a) sont portés vers la périphérie du corps (2a) du rotor (2) en formant un premier ensemble en révolution d'aimants (5, 5a) et de bobinages (6, 6a, 6b, 6c).
11. Moteur (1 ) ou génératrice selon la revendication précédente, lequel présente au moins un deuxième ensemble d'aimants et de bobinages, le deuxième ensemble d'aimants et de bobinage se trouvant plus proche de l'arbre d'entraînement (3, 3a) que le premier ensemble.
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