Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

WO2023166443A1 - Moteur électromagnétique à concentration de flux magnetiques - Google Patents

Moteur électromagnétique à concentration de flux magnetiques Download PDF

Info

Publication number
WO2023166443A1
WO2023166443A1 PCT/IB2023/051907 IB2023051907W WO2023166443A1 WO 2023166443 A1 WO2023166443 A1 WO 2023166443A1 IB 2023051907 W IB2023051907 W IB 2023051907W WO 2023166443 A1 WO2023166443 A1 WO 2023166443A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
magnets
motor
rotor
magnetic circuit
stator
Prior art date
Application number
PCT/IB2023/051907
Other languages
English (en)
Inventor
Romain RAVAUD
Simon MOREL
Original Assignee
Whylot
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 filed Critical Whylot
Publication of WO2023166443A1 publication Critical patent/WO2023166443A1/fr

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2786—Outer rotors
    • H02K1/2787—Outer rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/2789—Outer rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2791—Surface mounted magnets; Inset magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator
    • H02K16/02—Machines with one stator and two or more rotors

Definitions

  • the invention relates to an electromagnetic motor for driving a member disposed externally to the motor by enveloping it at least partially, in particular by integrating it into its interior, or by being leaned against the motor, the motor having magnets on its rotor. arranged to perform a concentration of magnetic flux.
  • the motor is housed in a wheel of a means of transport for the propulsion of the means of transport thus forming what is called a wheel motor.
  • a wheel motor In the case of a means of transport or vehicle provided with several wheels, such a motor can be installed in each wheel of the vehicle.
  • Such a motor for driving a member disposed outside the motor by enveloping it at least partially or by being leaned against the motor is intended in particular for low-speed and high-torque applications in a confined space of substantially discoid shape.
  • an electromagnetic motor comprising a rotor carrying permanent magnets and a stator carrying windings, the stator and the rotor defining an air gap between them.
  • Document FR 2 881 290 Al describes an electric wheel or wheel motor comprising a motor incorporated in the wheel for driving it.
  • the motor includes a stator and a rotor connected to a torque transmission system to transmit torque to the wheel.
  • the rotor has two field generators or rotors each delimiting with the stator an air gap, each field generator or rotor comprising magnets with poles magnetized in a direction radial with respect to an axis of rotation of the motor and magnetized yoke magnets each of which is placed between two adjoining pole magnets to reinforce the magnetic field formed by the pole magnets.
  • the surface magnets are positioned on the associated magnetic circuit flush with the magnetic circuit towards the air gap of the outer rotor with the stator.
  • magnets are arranged to effect flux concentration by being buried and positioned radially in the magnetic circuit of the internal rotor.
  • the surface magnets are compact magnets, which is disadvantageous for the reduction of eddy currents and for the dissipation of energy created during their use.
  • the surface magnets of the external rotor are on the magnetic circuit by not penetrating the magnetic circuit. At high rotor rotation speed, these magnets can become detached because they are insufficiently held on the external rotor.
  • Such a positioning of the surface magnets on the magnetic circuit makes it impossible to envisage a fragmentation of the surface magnets into small magnets, which would be favorable to the reduction of eddy currents and to the dissipation of the heat given off in the magnets.
  • the problem underlying the present invention is to design an electromagnetic motor intended for driving an associated member with an increased power density while remaining as compact as possible by a significant increase in the magnetic exchange surfaces compared to to a motor according to the state of the art.
  • the present invention relates to an electromagnetic motor comprising an internal rotor and an external rotor concentric with respect to a central axis of rotation, the rotors inserting between them a stator with an air gap between the stator and each rotor, each rotor being fitted with a magnetic circuit for the circulation of magnetic flux facing a respective air gap and carrying magnets, with, for the external rotor, surface magnets positioned in or on the associated magnetic circuit flush with the magnetic circuit towards the air gap of the outer rotor with the stator and , for the inner rotor , magnets arranged to perform a flux concentration by being buried and positioned radially in the magnetic circuit of the internal rotor, characterized in that the surface magnets of the external rotor protrude from the magnetic circuit towards the respective air gap while being partially buried in the external rotor, each surface magnet the outer rotor being segmented in at least two directions into a multitude of at least fifty pixelated unit magnets.
  • surface magnet it is understood magnets protruding at least partially from the magnetic circuit. These surface magnets can be secured to the magnetic circuit by any means, in particular by bonding without penetrating into the magnetic circuit.
  • these surface magnets can be semi-buried in the magnetic circuit until they only slightly protrude from the magnetic circuit, and therefore not completely buried on all sides by the magnetic circuit.
  • magnets effecting a concentration of flux it is understood magnets positioned radially in the rotor with an orthoradial magnetization.
  • Such a motor makes it possible to achieve a high volume torque in a reduced size, by better use of the allocated volume, hence a better power density.
  • a solution to be able to gain even more torque is to use this internal volume by switching to a double air gap architecture with a stator and two rotors, which is what the present invention recommends.
  • An architecture carrying out a concentration of flux also presents a mechanical interest compared to an architecture with surface magnets, in particular with regard to the radial behavior of the magnets, the magnets being buried therefore solidly secured to the magnetic circuit and to the rotor carrying them.
  • the magnets are cut into strips or strips that are relatively long.
  • pixelated magnets with smaller geometric surfaces, for example cubes, cylinders or polygonal shapes, are used. Pixelated unitary magnets are therefore in the form of pads of small section compared to segmented magnets in a conventional manner.
  • the unitary magnets are in the form of pads of elongated shape with a circular, cylindrical, polygonal or ovoid section, the pads extending partially in a thickness of the external rotor.
  • studs By studs is meant elements of elongated shape which are not necessarily of conical shape, extending longitudinally in a thickness of the rotor, thus carrying them radially in the rotor. Such studs may also be referred to as rods.
  • a magnet of large dimensions is subject to greater eddy current losses than its equivalent in small or micro-magnets.
  • the use of small magnets or micro-magnets therefore makes it possible to reduce these losses which are prejudicial to the operation of the rotor.
  • the ideal shape of this pad is an ellipsoid of symmetrical revolution also called an ovoid shape, approximately a flattened sphere, which by its topology is difficult to demagnetize because its field magnetic relating to magnetization is formless. There is no rotating field at the corners.
  • the ovoid shape of the unitary magnet can be more or less perfect by having an end portion of convex rounded shape at one longitudinal end or at both longitudinal ends.
  • a relatively perfect ovoid shape with two longitudinal ends of convex shape is optimal but difficult to obtain by machining. On the other hand, it is the ideal shape to combat demagnetization of the unitary magnet.
  • a unitary magnet based on a polyfaceted structure with a first so-called body portion with longitudinal facets and at least one end portion with inclined facets whose angles are between 0 and 45° can also be envisaged by making it possible to increase the magnetic field relative to the magnetization while retaining significant active faces at the ends of the unit magnets in the form of studs.
  • a unitary magnet based on a polyfaceted structure with a first so-called body portion with longitudinal facets and at least one end portion with inclined facets whose angles are between 0 and 45° can also be envisaged by making it possible to increase the magnetic field relative to the magnetization while retaining significant active faces at the ends of the unit magnets in the form of studs.
  • a unitary magnet based on a polyfaceted structure with a first so-called body portion with longitudinal facets and at least one end portion with inclined facets whose angles are between 0 and 45° can also be envisaged by making it possible to increase the magnetic field relative to the magnetization while retaining significant active faces at the ends of the
  • a width of the magnets of the internal rotor increases in distance from the air gap of the internal rotor with the stator.
  • variable width of the magnet performing a flux concentration allows a better creation of the flux concentration in the case of a motor with a high number of pole pairs, which is frequently the case for an electromagnetic motor according to the present invention.
  • the magnetic circuit of the internal rotor comprises a recess on an edge of the magnetic circuit opposite the air gap between the stator and the internal rotor. This recess or recessed zone aims to increase the leakage reluctance in order to limit the leakage fluxes of the magnet and therefore to optimize the use of the magnet.
  • the stator comprises an armature core carrying teeth having flanges at each of their longitudinal ends oriented towards a respective rotor, two adjacent teeth leaving between them a notch for a winding, the notch being narrowed by the flanges of the two teeth adjacent to each of their longitudinal ends.
  • the slots receive fractional pitch windings.
  • the motor comprises a hoop circumferentially covering the magnets of the external rotor.
  • a hoop makes it possible to prevent the magnets from detaching from their associated rotor.
  • the masses of the magnets of the inner and outer rotors are respectively selected relative to each other so that the inner and outer rotors reach an equivalent level of induction.
  • An equivalent level of induction is a necessary condition for the correct dimensioning of the magnetic circuit of a motor in general.
  • the motor is radial flux, the outer and inner rotors being respectively in the form of a ring perpendicular to the axis of rotation, each ring being extended by a cylindrical portion connected to the outer edge of the ring and extending to distance along the axis of rotation.
  • the rotors are mechanically linked relative to each other by a connecting piece relative to the plane orthogonal to the axis of rotation.
  • the invention also relates to a member driven by such a motor, the member being disposed outside the motor by enveloping it at least partially or by being backed against the motor.
  • the member is a wheel driven in rotation by said motor, the wheel housing the motor in its interior.
  • the invention finally relates to a means of transport comprising at least one such member in the form of a wheel driven in rotation by said motor, the means of transport having means for suspending the wheel while leaving the wheel free to rotate.
  • FIG 1 shows a sectional view of a portion of an electromagnetic motor with a stator interposed between two rotors, the outer rotor carrying surface magnets and the inner rotor carrying magnets configured to achieve flux concentration according to one embodiment of the present invention
  • FIG 2 shows a perspective view of an inner rotor carrying magnets configured to achieve flux concentration and an outer rotor carrying surface magnets, these rotors forming part of an electromagnetic motor according to an embodiment of the present invention
  • FIG 3 represents a curve of total magnetic torque delivered by an electromagnetic motor according to the present invention
  • FIG 4 represents a magnet allowing a concentration of flux when positioned with other similar magnets on the internal rotor of an electromagnetic motor according to the present invention, the magnet being segmented into several lateral strips each forming a unitary magnet,
  • FIG 5 represents a magnet allowing a concentration of flux when positioned with other similar magnets on the internal rotor of an electromagnetic motor according to the present invention, the magnet being segmented into several longitudinal strips each forming a unitary magnet,
  • FIG 6 represents a magnet allowing flux concentration when positioned with other similar magnets on the internal rotor of an electromagnetic motor according to the present invention, the magnet being pixelated into several small unitary magnets in the form of studs of section square,
  • FIG 7 shows a magnet allowing a concentration of flux when positioned with other similar magnets on the internal rotor of an electromagnetic motor according to the present invention, the magnet being pixelated in several small unitary magnets in the form of studs of hexagonal section,
  • FIG 8 shows a sectional view of a wheel rim comprising an electromagnetic motor according to the present invention
  • FIG 9 shows a bottom view of a means of transport comprising four wheels, each of the wheels being equipped with an electromagnetic motor according to the present invention.
  • the invention relates to a drive motor 1 which is intended to be associated with a member 15 to be driven by being housed at least partially in the member 15 or by leaning against member 15.
  • the motor 1 comprises an internal rotor 2 and an external rotor 2a concentric with respect to a central axis of rotation 3, the rotors 2, 2a inserting between them a stator 10 with an air gap 14, 14a between stator 10 and each rotor 2, 2a.
  • Each rotor 2, 2a is provided with a magnetic circuit 8 for circulating magnetic flux facing a respective air gap 14, 14a and carrying magnets 6, 6a.
  • An internal and external rotor yoke as well as the teeth 11 form the magnetic circuit 8 of the motor 1.
  • its magnets are surface magnets 6a positioned in or on the associated magnetic circuit 8 flush with the magnetic circuit 8 towards the air gap 14, 14a of the outer rotor 2a with the stator 10 and, for the internal rotor 2, its magnets 6 are arranged to perform flux concentration by being buried and positioned radially in the magnetic circuit 8 of the internal rotor 2.
  • the magnet 6a is positioned on the magnetic circuit 8 of the associated rotor without the presence of a housing to receive it, therefore stuck on the magnetic circuit 8.
  • a second type of surface magnet includes magnets 6a partially inserted into a housing but protruding at least slightly from their housing, these magnets being qualified as semi-buried magnets.
  • a surface magnet 6a of the first or second type are an optimal use of the surface magnets 6a for the creation of torque to the rotors 2, 2a internal and external and a limitation of the inter-magnet leakage flux.
  • the concentration of flux consists of a radial positioning of the magnets 6 with an ortho-radial magnetization.
  • the superposition of the fluxes originating from the two magnets 6 facing each other creates a resulting flux at the level of the air gap surface 14 which can be greater than the simple flux created by a surface magnet 6a when carried by a similar internal rotor. This is partly explained by the fact that the sum of the surfaces of the magnets 6 can be greater than the surface available for the installation of a surface magnet 6a.
  • the buried magnets 6 are also more rigidly held in place in the magnetic circuit 8 than surface magnets 6a glued to the magnetic circuit 8 or semi-buried.
  • FIG. 1 represents the architecture of motor 1 with concentration of flux in the internal rotor 2 with magnets 6 and an external rotor 2a with surface magnets 6a.
  • the magnetic circuit 8 has a recess 19 on an edge of the magnetic circuit 8 opposite the air gap 14 between the stator 10 and the internal rotor 2 .
  • This recess 19 or removal of material can create a recessed area of conical shape pointing towards the air gap 14 and at a distance from it. This recessed area may sink less than half the depth of the magnetic circuit 8 taken radially in the internal rotor 2 .
  • This recess 19 or recessed zone makes it possible to increase the leakage reluctance of the flux concentration magnets 6 . There may be magnetic field losses rendering part of the magnet 6 useless for the creation of torque.
  • each recess 19 being between two magnets 6 with adjacent flux concentration and at equal distance from the two magnets 6 , theoretically makes the presence of leakage flux limited compared to a full magnetic circuit 8 .
  • Another advantageous optional characteristic is that a width of the magnets 6 of the internal rotor 2 effecting a concentration of flux increases in distance from the air gap 14 of the internal rotor 2 with the stator 10, the width of the magnets 6 being perpendicular to the length magnets 6 taken in the radial direction. This improves flux concentration.
  • a number of magnet poles 6 effecting flux concentration on the inner rotor 2 may be equal to a number of surface magnet poles 6a on the outer rotor 2a, although their positioning is different, the surface magnets 6a extending circumferentially in their magnetic circuit 8 on the external rotor 2a and the magnets 6 effecting a flux concentration extending radially in their magnetic circuit 8 on the internal rotor 2 .
  • the torque generated by the external rotor 2a is also globally identical for the two architectures of motor 1.
  • it is the torque generated by the internal rotor 2 with magnets 6 performing a concentration of flux which has increased by 43% compared to to an internal rotor motor with surface magnets now making it possible to supply approximately 40% of the torque of motor 1 against 33% previously, hence an increase in the total torque of motor 1.
  • the induction reaches 1.8 Tesla explaining the gain in torque.
  • the stator 10 may comprise an armature core carrying teeth 11 having flanges 13, also called isthmuses, at each of their longitudinal ends oriented towards a respective rotor.
  • Two adjacent teeth 11 can leave between them a notch 12 for a winding, the notch 12 being narrowed laterally by the flanges 13 of the two teeth 11 adjacent to each of their longitudinal ends. Slots 12 can receive fractional pitch windings.
  • FIG. 3 shows the total electromagnetic torque referenced C mag t and measured in Newton, meter or N/m as a function of time. In this figure, a very low torque ripple of the order of less than 5%, advantageously 1 to 5%, can be observed.
  • the current density can reach 18 A/mm 2 . While it is possible to achieve this current density at peaks with water cooling, continuous operation may require the provision of oil cooling. The justification for cooling will also depend on the thermal time constant of motor 1 and the actual temperature rise in the windings of the windings during the operating time.
  • a reduction in the number of notches 12 in the stator 10 has made it possible to increase the radius of the internal air gap 14 allowing the passage to reduce the mass and the overall volume of magnet 6, 6a of the motor 1 compensated for by the increase of the resulting torque.
  • the continuous copper losses are of the order of 10kW, which limits the efficiency to a value below 94% for this operating point.
  • Masses of the magnets 6, 6a of the inner and outer rotors 2, 2a can be respectively selected relative to each other so that the inner and outer rotors 2, 2a reach an equivalent level of induction.
  • Such a motor 1 can have a mass of the active parts estimated at almost 70 kg, which implies a relatively low power density despite the high torque.
  • the high compactness of the motors 1 makes the extraction of losses a real challenge, beyond performance considerations.
  • the most difficult to evacuate are those present at each rotor 2, 2a, linked to the rotary movement thereof.
  • a first solution amounts to segmenting the magnets 6 , 6a into multiple strips 7 . These strips 7 are spaced from each other by the presence of an electrically insulating material, for example a non-conductive varnish. This method makes it possible to drastically reduce the formation of circulating currents without deteriorating the magnetic performance too much.
  • FIGS. 4 to 7 show, as a magnet forming a pole, a magnet 6 performing flux concentration, but this is also applicable to a surface magnet 6a.
  • Strips 7 extending laterally in the magnet 6 forming unitary magnets 7 are shown in FIG. 4, while FIG. 5 shows strips 7 extending in the longitudinal direction of the magnet. These strips 7 can advantageously be parallelepipedic in shape.
  • FIGS. 4 and 5 it is visible that a large magnet, intended to become a magnet 6 performing flux concentration, can be cut into more than five unit magnets 7 for longitudinal strips 7 and into more than twenty unit magnets 7 for 7 side strips.
  • the magnets 6 will be segmented in two directions by following rules similar to that of the tiling of the regular plane in the plane orthogonal to the direction of the flux or to the direction of polarization of the magnets 6 .
  • the conventional patterns used for pixelation can be square, rectangular, cylindrical or polygonal, in particular hexagonal or ovoid.
  • the unitary magnets 7 in this configuration can be in the form of studs or elongated rods.
  • the unitary magnets 7 can extend in length in the thickness of a magnet structure formed by a grouping of the unitary magnets 7 secured to each other.
  • FIGS. 6 and 7 more than fifty unitary magnets 7 are shown forming part of the same magnet 6 with flux concentration.
  • the flux concentrating magnets 6 can be cut by Laser. A layer of insulating and adhesive varnish or an insulating composite resin can be inserted between the unit magnets 7.
  • Such a heel can have a zig-zag shape, that is to say be non-planar extending over several successive planes, which has proven to reduce the eddy currents created by a similar but flat heel.
  • the surface magnets 6a of the external rotor 2a can also be segmented or pixelated.
  • the motor 1 can comprise at least one hoop circumferentially covering the magnets 6a of the external rotor 2a, since the magnets 6 effecting flux concentration are buried in the magnetic circuit 8 and therefore better protected.
  • the electromagnetic motor 1 according to the present invention can be radial flux but this is not limiting.
  • the outer and inner rotors 2, 2a can respectively be in the form of a ring 9 perpendicular to the axis of rotation 3, each ring 9 being extended by a cylindrical portion 9a connected to the outer edge of the ring 9 and extending remotely along the axis of rotation 3.
  • the references relate to the crown 9 and the cylindrical portion 9a of the external rotor 2a but the internal rotor
  • the rotors 2, 2a can be mechanically linked to each other by a link piece. This part can be offset with respect to the plane orthogonal to the axis of rotation 3.
  • the invention also relates to a member 15 driven by an electromagnetic motor 1 as previously described.
  • a connecting piece provides torque transmission between the electromagnetic motor 1 and the driven member 15 .
  • the driven member 15 is in this figure 8 a wheel rim 15.
  • the member 15 can be arranged outside the motor 1 by enveloping it at least partially, which is the case for a wheel motor for which the motor 1 is fully or mostly integrated into the wheel.
  • the member 15 can be attached to the electromagnetic motor 1 by being secured to one of the sides of the motor 1 .
  • the wheel motor can be part of a means of transport 17 by being associated with one or more 'Other wheel motors, the means of transport 17 having a wheel motor suspension means leaving it free to rotate.
  • the means of transport 17 can comprise a battery 21 supplying the wheel motor or motors 16 , the wheel motor also being able to serve as a generator for recharging the battery 21 .
  • This is valid for an electromagnetic motor 1 according to the present invention which can also serve as a generator.
  • the electromagnetic motor(s) 1 present in the wheel(s) 16 can be controlled by an electronic unit 18 for controlling the means of transport.

Landscapes

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

Abstract

L'invention concerne un moteur (1) électromagnétique comprenant un rotor interne (2) et un rotor externe (2a) concentriques par rapport à un axe de rotation (3) central, les rotors (2, 2a) intercalant entre eux un stator (10) avec un entrefer (14, 14a) entre le stator (10) et chaque rotor (2, 2a), chaque rotor (2, 2a) étant muni d'un circuit magnétique (8) de circulation de flux magnétique en vis-à-vis d'un entrefer (14, 14a) respectif et portant des aimants (6, 6a). Le rotor externe (2a) porte des aimants surfaciques (6a) positionnés dans ou sur le circuit magnétique (8) associé en affleurant du circuit magnétique (8) vers l'entrefer (14, 14a) du rotor externe (2a) avec le stator (10). Le rotor interne (2) porte des aimants (6) disposés pour effectuer une concentration de flux en étant enterrés et positionnés radialement dans le circuit magnétique (8) du rotor interne (2).

Description

DESCRIPTION
Titre : Moteur électromagnétique à concentration de flux magnétique
L' invention concerne un moteur électromagnétique d' entraînement d' un organe disposé extérieurement au moteur en l ' enveloppant au moins partiellement , notamment en l ' intégrant en son intérieur, ou en étant adossé au moteur, le moteur présentant des aimants sur son rotor agencé pour ef fectuer une concentration de flux magnétique .
Dans un mode de réalisation non limitati f de la présente invention, le moteur est logé dans une roue d' un moyen de transport pour la propulsion du moyen de transport en formant ainsi ce qui est dénommé un moteur roue . Dans le cas d' un moyen de transport ou véhicule muni de plusieurs roues , un tel moteur peut être implanté dans chaque roue du véhicule .
Un tel moteur d' entraînement d' un organe disposé extérieurement au moteur en l ' enveloppant au moins partiellement ou en étant adossé au moteur s ' adresse notamment à des applications à faible vitesse et fort couple dans un encombrement restreint de forme sensiblement discoïde .
Pour ce faire , il est connu d' utiliser un moteur électromagnétique comprenant un rotor portant des aimants permanents et un stator portant des bobinages , le stator et le rotor délimitant entre eux un entrefer .
Un tel moteur à un seul entrefer bien que d' un encombrement réduit qui est favorable à son implantation dans un organe à entraîner présente le grand désavantage de ne pas délivrer un fort couple . Le document FR 2 881 290 Al décrit une roue électrique ou moteur roue comprenant un moteur incorporé dans la roue pour son entraînement . Le moteur comprend un stator et un rotor relié à un système de transmission de couple afin de transmettre un couple à la roue .
Dans une forme de réalisation, le rotor présente deux générateurs de champ ou rotors délimitant chacun avec le stator un entrefer, chaque générateur de champ ou rotor comprenant des aimants à pôles magnétisés dans une direction radiale par rapport à un axe de rotation du moteur et des aimants de culasse magnétisés dont chacun est placé entre deux aimants à pôles adj acents pour renforcer le champ magnétique formé par les aimants à pôles .
La présence d' aimants de culasse diminue cependant la place allouée aux aimants à pôles dans l ' encombrement nécessairement réduit du moteur .
Les documents EP 3 832 850 Al et US 2019/ 190413 Al décrivent un moteur électromagnétique comprenant un rotor interne et un rotor externe concentriques par rapport à un axe de rotation central . Les rotors intercalent entre eux un stator avec un entrefer entre le stator et chaque rotor, chaque rotor étant muni d' un circuit magnétique de circulation de flux magnétique en vis-à-vis d' un entrefer respecti f et portant des aimants .
Pour le rotor externe , des aimants surfaciques sont positionnés sur le circuit magnétique associé en af fleurant du circuit magnétique vers l ' entrefer du rotor externe avec le stator . Pour le rotor interne , des aimants sont disposés pour ef fectuer une concentration de flux en étant enterrés et positionnés radialement dans le circuit magnétique du rotor interne . Dans ces documents , premièrement les aimants surfaciques sont des aimants compacts , ce qui est désavantageux pour la réduction des courants de Foucault et pour la dissipation d' énergie créée lors de leur utilisation . Deuxièmement , les aimants surfaciques du rotor externe se trouvent sur le circuit magnétique en ne pénétrant pas dans le circuit magnétique . A grande vitesse de rotation du rotor, ces aimants peuvent se détacher car insuf fisamment maintenus sur le rotor externe . Un tel positionnement des aimants surfaciques sur le circuit magnétique empêche d' envisager une fragmentation des aimants surfaciques en petits aimants , ce qui serait favorable à la réduction des courants de Foucault et à la dissipation de la chaleur dégagée dans les aimants .
Le problème à la base de la présente invention est de concevoir un moteur électromagnétique destiné à l ' entraînement d' un organe associé avec une puissance volumique augmenté tout en restant le plus compact possible par une augmentation signi ficative des surfaces d' échanges magnétiques par rapport à un moteur selon l ' état de la technique .
A cet ef fet , la présente invention concerne un moteur électromagnétique comprenant un rotor interne et un rotor externe concentriques par rapport à un axe de rotation central , les rotors intercalant entre eux un stator avec un entrefer entre le stator et chaque rotor, chaque rotor étant muni d' un circuit magnétique de circulation de flux magnétique en vis-à-vis d' un entrefer respecti f et portant des aimants , avec, pour le rotor externe , des aimants surfaciques positionnés dans ou sur le circuit magnétique associé en af fleurant du circuit magnétique vers l ' entrefer du rotor externe avec le stator et , pour le rotor interne , des aimants disposés pour ef fectuer une concentration de flux en étant enterrés et positionnés radialement dans le circuit magnétique du rotor interne , caractérisé en ce que les aimants surfaciques du rotor externe dépassent du circuit magnétique vers l ' entrefer respecti f en étant partiellement enterrés dans le rotor externe , chaque aimant surfacique du rotor externe étant segmenté dans au moins deux directions en une multitude d' au moins cinquante aimants unitaires pixelisés .
Par aimant surfacique , il est entendu des aimants dépassant au moins partiellement du circuit magnétique . Ces aimants surfaciques peuvent être solidarisés avec le circuit magnétique par tout moyen, notamment par collage sans pénétrer dans le circuit magnétique .
Dans le cadre de la présente invention, ces aimants surfaciques peuvent être semi-enterrés dans le circuit magnétique j usqu' à ne dépasser que légèrement du circuit magnétique , donc non complètement enterrés de tout côté par le circuit magnétique .
Par aimants ef fectuant une concentration de flux, il est entendu des aimants positionnés radialement dans le rotor avec une aimantation orthoradiale .
La superposition des flux provenant des deux aimants s ' écartant l ' un de l ' autre plus les parties d' aimant sont proches de l ' entrefer crée un flux résultant au niveau de la surface d' entrefer qui peut être supérieur au simple flux créé par un aimant surfacique .
Cela s ' explique en partie du fait que la somme des surfaces des aimants peut être supérieure à la surface disponible pour la mise en place d' un aimant surfacique . Ainsi positionner les aimants en ef fectuant une concentration de flux permet d ' améliorer la puissance volumique dans les applications où la compacité est un fort enjeu, dans le sens où l'on vient exploiter un volume supplémentaire au rotor interne par rapport à un moteur à aimants surfaciques.
Un tel moteur permet d' atteindre un couple volumique élevé dans un encombrement réduit, par une meilleure utilisation du volume alloué d'où une meilleur e puissance volumique.
Afin d'obtenir un couple volumique élevé, on se permet d'atteindre des densités de courant comprises entre 15 et 20 A/mm2. Un tel moteur permet d'atteindre une valeur d'entrefer faible pour l'instant limité à 0,8 millimètres .
Lorsqu'un moteur présente un nombre de paires de pôles élevé, son architecture présente généralement un diamètre d'alésage interne élevé, conséquence d'un diamètre d'entrefer élevé propice à la création de couple. Ce constat est valable que le moteur soit à rotor interne ou externe .
Une solution pour pouvoir encore gagner en couple est d'utiliser ce volume interne en passant à une architecture à double entrefers avec un stator et deux rotors, ce que préconise la présente invention. En se permettant d' augmenter la surface d' échange électromagnétique en positionnant, par exemple, à la fois autour d'un axe interne et sur la périphérie, on a l'équivalent de « deux moteurs en un ». Cela permet de pouvoir augmenter le couple du moteur dans l'encombrement donné .
Une architecture effectuant une concentration de flux présente également un intérêt mécanique par rapport à une architecture à aimants surfaciques, notamment en ce qui concerne la tenue radiale des aimants, les aimants étant enterrés donc solidement solidarisés au circuit magnétique et au rotor les portant .
I l a été identi fié qu' un moteur à aimants ef fectuant une concentration de flux sur le rotor interne , en plus de présenter une augmentation du couple volumique par rapport à un moteur à aimants classique , permet de lisser une ondulation de couple pouvant survenir .
Selon l ' état de la technique , il était entendu que les aimants sont découpés en bandes ou barrettes relativement longues . Selon la présente invention, il est utilisé des aimants pixelisés présentant des surfaces géométriques plus petites , par exemple des cubes , des cylindres ou des formes polygonales . Des aimants unitaires pixelisés sont donc sous la forme de plots de faible section comparés à des aimants segmentés de manière classique .
Avantageusement , les aimants unitaires sont sous la forme de plots de forme allongée à section circulaire , cylindrique , polygonale ou ovoïdes , les plots s ' étendant partiellement dans une épaisseur du rotor externe .
Par plots , il est entendu des éléments de forme allongée n' étant pas forcément de forme conique en s ' étendant longitudinalement dans une épaisseur du rotor les portant donc radialement dans le rotor . De tels plots peuvent être aussi dénommés tiges .
Un aimant de dimensions importantes est suj et à des pertes par courants de Foucault plus importantes que son équivalent en petits ou micro-aimants . L' utilisation de petits aimants ou de micro-aimants permet donc de réduire ces pertes qui sont pré udiciables au fonctionnement du rotor .
De ce fait , dans chaque rotor, les pertes par courant de Foucault dans les aimants ont été considérablement réduites en proposant des rotors sans fer ou en proposant des pôles d'aimant constitués d'une pluralité d'aimants unitaires de petite taille.
En considérant un aimant unitaire en tant qu' élément élémentaire sous forme de plot, la forme idéale de ce plot est un ellipsoïde de révolution symétrique aussi appelé forme ovoïde, approximativement une sphère aplatie, qui de par sa topologie est difficile à désaimanter car son champ magnétique relatif à l'aimantation est informe. Il n'y a pas de champ tournant dans les coins.
A partir ce constat, il est avantageux de constituer un maillage d'aimants unitaires qui se rapprochent individuellement le plus possible de l'ellipsoïde de révolution .
Plusieurs modes de réalisation sont possibles et la forme ovoïde de l'aimant unitaire peut être plus ou moins parfaite en présentant une portion d' extrémité de forme arrondie convexe à une extrémité longitudinale ou aux deux extrémités longitudinales.
Une forme ovoïde relativement parfaite avec deux extrémités longitudinales de forme convexe est optimale mais difficile à obtenir par usinage. Par contre c'est la forme idéale pour combattre une désaimantation de l'aimant unitaire.
En alternative, un aimant unitaire basé sur une structure poly-f acettes avec une première portion dite de corps avec des facettes longitudinales et au moins une portion d'extrémité avec des facettes inclinées dont les angles sont compris entre 0 et 45° peut aussi être envisagé en permettant d'augmenter le champ magnétique relatif à l'aimantation tout en conservant des faces actives importantes aux extrémités des aimants unitaires sous forme de plots. Entre ces deux formes de réalisation de nombreuses autres formes s'approchant plus ou moins d'une forme ovoïde sont aussi possibles.
Avantageusement, une largeur des aimants du rotor interne croît en éloignement de l'entrefer du rotor interne avec le stator.
La largeur variable d'aimant effectuant une concentration de flux permet une meilleure création de la concentration de flux dans le cas d'un moteur avec un nombre élevé de paires de pôles, ce qui est fréquemment le cas pour un moteur électromagnétique selon la présente invention. Avantageusement, le circuit magnétique du rotor interne comporte un évidement sur un bord du circuit magnétique opposé à l'entrefer entre le stator et le rotor interne. Cet évidement ou zone en retrait vise à augmenter la réluctance de fuite afin de limiter les flux de fuite de l'aimant et donc à optimiser l'utilisation de l'aimant. Avantageusement, le stator comporte un noyau d'armature portant des dents présentant des collerettes à chacune de leurs extrémités longitudinales orientées vers un rotor respectif, deux dents adjacentes laissant entre elles une encoche pour un bobinage, l'encoche étant rétrécie par les collerettes des deux dents adjacentes à chacune de leurs extrémités longitudinales.
Avantageusement, les encoches reçoivent des bobinages à pas fractionnaire.
Avantageusement, le moteur comprend une frette recouvrant circonf érentiellement les aimants du rotor externe. Une telle frette permet d'éviter le décollement des aimants de leur rotor associé.
Avantageusement, des masses des aimants des rotors interne et externe sont respectivement sélectionnées l'une par rapport à l'autre afin que les rotors interne et externe atteignent un niveau d'induction équivalent. Un niveau d' induction équivalent est une condition nécessaire au bon dimensionnement du circuit magnétique d'un moteur de manière générale.
Avantageusement, le moteur est à flux radial, les rotors externe et interne étant respectivement sous forme d'une couronne perpendiculaire à l'axe de rotation, chaque couronne étant prolongée par une portion cylindrique reliée au bord externe de la couronne et s'étendant à distance le long de l'axe de rotation.
Avantageusement, les rotors sont liés mécaniquement l'un par rapport à l'autre par une pièce de liaison par rapport au plan orthogonal à l'axe de rotation.
D'un point de vue théorique, une liaison mécanique par pièce de liaison n'est pas nécessaire mais en pratique cela simplifie grandement la stabilité du moteur en rendant impossible le décrochage d'un rotor.
L' invention concerne aussi un organe entraîné par un tel moteur, l'organe étant disposé extérieurement au moteur en l'enveloppant au moins partiellement ou en étant adossé au moteur.
Avantageusement, l'organe est une roue entraînée en rotation par ledit moteur, la roue logeant le moteur en son intérieur.
L' invention concerne enfin un moyen de transport comprenant au moins un tel organe sous la forme d'une roue entraînée en rotation par ledit moteur, le moyen de transport présentant un moyen de suspension de la roue en laissant la roue libre en rotation.
Les dessins annexés illustrent l'invention :
[Fig 1] représente une vue en coupe d'une portion d'un moteur électromagnétique avec un stator intercalé entre deux rotors, le rotor externe portant des aimants surfaciques et le rotor interne portant des aimants configurés pour obtenir une concentration de flux selon une forme de réalisation de la présente invention, [ Fig 2 ] représente une vue en perspective un rotor interne portant des aimants configurés pour obtenir une concentration de flux et un rotor externe portant des aimants surfaciques , ces rotors faisant partie d' un moteur électromagnétique selon une forme de réalisation de la présente invention,
[ Fig 3 ] représente une courbe de couple magnétique total délivré par un moteur électromagnétique selon la présente invention,
[ Fig 4 ] représente un aimant permettant une concentration de flux quand positionné avec d' autres aimants similaires sur le rotor interne d' un moteur électromagnétique selon la présente invention, l ' aimant étant segmenté en plusieurs barrettes latérales formant chacune un aimant unitaire ,
[ Fig 5 ] représente un aimant permettant une concentration de flux quand positionné avec d' autres aimants similaires sur le rotor interne d' un moteur électromagnétique selon la présente invention, l ' aimant étant segmenté en plusieurs barrettes longitudinales formant chacune un aimant unitaire ,
[ Fig 6 ] représente un aimant permettant une concentration de flux quand positionné avec d' autres aimants similaires sur le rotor interne d' un moteur électromagnétique selon la présente invention, l ' aimant étant pixelisé en plusieurs petits aimants unitaires sous forme de plots de section carrée ,
[ Fig 7 ] représente un aimant permettant une concentration de flux quand positionné avec d' autres aimants similaires sur le rotor interne d' un moteur électromagnétique selon la présente invention, l ' aimant étant pixelisé en plusieurs petits aimants unitaires sous forme de plots de section hexagonale,
[Fig 8] représente une vue en coupe d'une jante de roue comprenant un moteur électromagnétique selon la présente invention,
[Fig 9] représente une vue de dessous d'un moyen de transport comportant quatre roues, chacune des roues étant dotée d'un moteur électromagnétique selon la présente invention.
Dans ce qui va suivre, il est fait référence à toutes les figures prises en combinaison. Quand il est fait référence à une figure spécifique, cette figure est à prendre en combinaison avec les autres figures pour la reconnaissance des références numériques désignées. Aux figures, quand présents, seul un aimant ou pôle d'aimant et seul un petit aimant unitaire faisant partie d'un aimant formant pôle d'aimant sont référencés mais ce qui est énoncé respectivement pour l'aimant formant pôle et l'aimant unitaire est valide respectivement pour tous les aimants formant pôle et tous les aimants unitaires. Il en va de même à la figure 1 pour les éléments du stator qui ne sont référencés que pour un seul élément du même type ainsi que pour les évidements du circuit magnétique à la figure 1.
En se référant à toutes les figures et notamment dans un premier lieu aux figures 1 et 2, l'invention concerne un moteur 1 d'entraînement qui est destiné à être associé à un organe 15 à entraîner en étant logé au moins partiellement dans l'organe 15 ou en se trouvant adossé à l'organe 15.
Le moteur 1 comprend un rotor interne 2 et un rotor externe 2a concentriques par rapport à un axe de rotation 3 central, les rotors 2, 2a intercalant entre eux un stator 10 avec un entrefer 14, 14a entre le stator 10 et chaque rotor 2, 2a. Chaque rotor 2, 2a est muni d'un circuit magnétique 8 de circulation de flux magnétique en vis-à-vis d'un entrefer 14, 14a respectif et portant des aimants 6, 6a. Une culasse rotorique interne et externe ainsi que les dents 11 forment le circuit magnétique 8 du moteur 1.
Selon l'invention, pour le rotor externe 2a, ses aimants sont des aimants surfaciques 6a positionnés dans ou sur le circuit magnétique 8 associé en affleurant du circuit magnétique 8 vers l'entrefer 14, 14a du rotor externe 2a avec le stator 10 et, pour le rotor interne 2, ses aimants 6 sont disposés pour effectuer une concentration de flux en étant enterrés et positionnés radialement dans le circuit magnétique 8 du rotor interne 2.
Pour un premier type d'aimant surfacique 6a, l'aimant 6a est positionné sur le circuit magnétique 8 du rotor associé sans présence d'un logement pour le recevoir, donc collé sur le circuit magnétique 8.
Un second type d' aimant surfacique regroupe des aimants 6a insérés partiellement dans un logement mais en débordant au moins légèrement de leur logement, ces aimants étant qualifiés d'aimants semi-enterrés .
Ces aimants surfaciques 6a semi-enterrés ou encastrés présentent l'intérêt d'ajouter un couple réluctant qui peut être utilisé afin de limiter le volume d'aimant ou l'intensité du courant à couple donné. Les gains théoriques sont cependant à relativiser à cause des potentielles fuites entre les aimants 6a alors plus importantes .
Les avantages d'un aimant surfacique 6a du premier ou du deuxième type sont une utilisation optimale des aimants surfaciques 6a pour la création de couple aux rotors 2, 2a interne et externe et une limitation du flux de fuite inter-aimants .
En ce qui concerne le rotor interne , la concentration de flux consiste en un positionnement radial des aimants 6 avec une aimantation ortho-radiale . La superposition des flux provenant des deux aimants 6 se faisant face crée un flux résultant au niveau de la surface d' entrefer 14 qui peut être supérieur au simple flux créé par un aimant surfacique 6a quand porté par un rotor interne similaire . Cela s ' explique en partie du fait que la somme des surfaces des aimants 6 peut être supérieure à la surface disponible pour la mise en place d' un aimant surfacique 6a .
Comme dans une concentration de flux les aimants 6 sont enterrés , ceci présente l ' intérêt maj eur de limiter le risque de désaimantation des aimants 6 et de se passer de l ' utilisation d' une frette en tout cas pour le rotor interne 2 .
Les aimants 6 enterrés sont aussi plus rigidement maintenus en place dans le circuit magnétique 8 que des aimants surfaciques 6a collés sur le circuit magnétique 8 ou semi-enterrés .
La figure 1 représente l ' architecture du moteur 1 avec concentration de flux au rotor interne 2 avec des aimants 6 et un rotor externe 2a avec des aimants surfaciques 6a . Au rayon interne du rotor interne 2 , Le circuit magnétique 8 présente un évidement 19 sur un bord du circuit magnétique 8 opposé à l ' entrefer 14 entre le stator 10 et le rotor interne 2 .
Cet évidement 19 ou enlèvement de matière peut créer une zone en retrait de forme conique pointant vers l ' entrefer 14 et à distance de celui-ci . Cette zone en retrait peut s ' enfoncer de moins de la moitié de la profondeur du circuit magnétique 8 prise radialement dans le rotor interne 2 .
Cet évidement 19 ou zone en retrait permet d' augmenter la réluctance de fuite des aimants 6 de concentration de flux . I l peut y avoir des pertes de champ magnétique rendant une partie de l ' aimant 6 inutile à la création de couple .
La présence des évidements 19 , chaque évidement 19 se trouvant entre deux aimants 6 à concentration de flux adj acents et à égale distance des deux aimants 6 , rend théoriquement la présence de flux de fuite limitée par rapport à un circuit magnétique 8 plein .
Une autre caractéristique optionnelle avantageuse est qu' une largeur des aimants 6 du rotor interne 2 ef fectuant une concentration de flux croît en éloignement de l ' entrefer 14 du rotor interne 2 avec le stator 10 , la largeur des aimants 6 étant perpendiculaire à la longueur des aimants 6 prise dans le sens radial . Ceci permet d' améliorer la concentration de flux .
Un nombre de pôles d' aimant 6 ef fectuant une concentration de flux sur le rotor interne 2 peut être égal à un nombre de pôles d' aimants surfaciques 6a sur le rotor externe 2a, bien que leur positionnement soit di f férent , les aimants surfaciques 6a s ' étendant circonf érentiellement dans leur circuit magnétique 8 sur le rotor externe 2a et les aimants 6 ef fectuant une concentration de flux s ' étendant radialement dans leur circuit magnétique 8 sur le rotor interne 2 .
Dans cette configuration, les lignes de champs traversent donc les deux rotors 2 , 2a .
I l s ' est avéré que la densité de courant reste globalement inchangée pour un moteur 1 à aimants 6 ef fectuant une concentration de flux au rotor interne 2 et à aimants surfaciques 6a au rotor externe 2a par rapport à un moteur à aimants surfaciques aux rotors interne et externe, un tel rotor n'étant pas montré aux figures .
Le couple généré par le rotor externe 2a est également globalement identique pour les deux architectures de moteur 1. Par contre, c'est le couple généré par le rotor interne 2 à aimants 6 effectuant une concentration de flux qui a augmenté de 43% par rapport à un moteur à rotor interne à aimants surfaciques permettant maintenant de fournir environ 40% du couple du moteur 1 contre 33% précédemment, d'où une augmentation du couple total du moteur 1.
Par exemple, au niveau du rotor interne 2, l'induction atteint 1,8 Tesla expliquant le gain en couple.
Le stator 10 peut comporter un noyau d'armature portant des dents 11 présentant des collerettes 13, aussi dénommées isthmes, à chacune de leurs extrémités longitudinales orientées vers un rotor respectif.
Deux dents 11 adjacentes peuvent laisser entre elles une encoche 12 pour un bobinage, l'encoche 12 étant rétrécie latéralement par les collerettes 13 des deux dents 11 adjacentes à chacune de leurs extrémités longitudinales. Les encoches 12 peuvent recevoir des bobinages à pas fractionnaire .
Il n'est pas possible d'augmenter l'épaisseur des dents 11 pour améliorer la tenue mécanique en augmentant la profondeur d'encoche, ce qui rendrait le bobinage impossible à réaliser. Comme l'encombrement est fixé, il est donc nécessaire de diminuer le nombre d'encoches 12. Plutôt que de diminuer également le nombre de paires de pôles afin de garder la même architecture de bobinage, il peut être avantageux d'utiliser des bobinages à pas fractionnaire présentant l'opportunité de pouvoir diminuer l'ondulation de couple par la même occasion. La figure 3 présente le couple électromagnétique totale référencé C mag t et mesuré en Newton, mètre ou N/m en fonction du temps. A cette figure, il peut être observé une très faible ondulation de couple de l'ordre de moins de 5%, avantageusement de 1 à 5%.
La densité de courant peut atteindre 18 A/mm2. S'il est possible d'atteindre cette densité de courant lors de pics avec un refroidissement à eau, un fonctionnement continu peut exiger la mise en place d'un refroidissement à huile. La justification du refroidissement dépendra aussi de la constante de temps thermique du moteur 1 et de l'élévation de température réelle dans les enroulements des bobinages pendant la durée de fonctionnement .
Sans que cela soit limitatif, pour un moteur 1 avec rotor interne 2 comprenant des aimants 6 effectuant une concentration de flux, avec 28 paires de pôles, il a été trouvé que le nombre d'encoches 12 donnant le meilleur coefficient de bobinage est de 48. Cela permet aussi de garder un nombre de symétries de 4, ce qui serait un avantage sur le plan vibro-acoustique .
Une diminution du nombre d'encoches 12 dans le stator 10 a permis d'augmenter le rayon de l'entrefer 14 interne permettant au passage de diminuer la masse et le volume d'aimant 6, 6a global du moteur 1 compensé par l'augmentation du couple résultant.
A couple total quasiment identique, la masse du moteur 1 a été diminuée de 29 % avec une légère augmentation de la densité de courant de 3,2%. De plus, d'un point de vue qualitatif, la géométrie du stator 10 paraît plus cohérente du point de vue de la tenue mécanique des dents 11 et de la possibilité de bobiner.
Les pertes cuivre continues sont de l'ordre de lOkW, ce qui limite le rendement à une valeur inférieure à 94% pour ce point de fonctionnement.
Des masses des aimants 6, 6a des rotors 2, 2a interne et externe peuvent être respectivement sélectionnées l'une par rapport à l'autre afin que les rotors 2, 2a interne et externe atteignent un niveau d'induction équivalent. Un tel moteur 1 peut présenter une masse des parties actives estimée à presque 70 kg, ce qui implique une puissance massique relativement faible malgré le couple élevé .
Il s'est avéré que, pour un moteur 1 selon la présente invention avec les caractéristiques précédemment mentionnées recherchant un couple volumique et/ou un couple massique le plus élevé possible pour des vitesses de rotation de l'ordre de 1.500 rotations par minute, les pertes pouvaient rester élevées.
De plus, la forte compacité des moteurs 1 fait que l'extraction des pertes représentent un véritable défi, au-delà des considérations de performance. Parmi tous les postes de pertes, les plus difficiles à évacuer sont celles présentes à chaque rotor 2, 2a, liées au mouvement rotatif de celui-ci.
Il est ainsi recherché optionnellement de réduire un des postes de pertes principaux dans le moteur 1 lié aux aimants 6, 6a.
Du fait, de la conductivité électrique non-nulle des matériaux ferromagnétiques constituant les aimants 6, 6a, ceux-ci sont sujets à la présence de courants de Foucault sources de pertes d' autant plus importantes que le champ les traversant est important. Pour réduire la présence de ces courants de circulation, il a été fixé comme obj ecti f de réduire la conductivité moyenne du milieu sans impacter trop fortement les propriétés magnétiques du matériau .
Une première solution revient à segmenter les aimants 6 , 6a en de multiples barrettes 7 . Ces barrettes 7 sont espacées les unes des autres par la présence d' un matériau électriquement isolant , par exemple un vernis non conducteur . Ce procédé permet de drastiquement réduire la formation de courants de circulation sans trop détériorer les performances magnétiques .
Les figures 4 à 7 montrent comme aimant formant pôle un aimant 6 ef fectuant une concentration de flux mais ceci est applicable aussi à un aimant surfacique 6a .
Des barrettes 7 s ' étendant latéralement dans l ' aimant 6 en formant des aimants unitaires 7 sont montrées à la figure 4 tandis que la figure 5 montre des barrettes 7 s ' étendant dans le sens longitudinal de l ' aimant . Ces barrettes 7 peuvent être avantageusement de forme parallélépipédique .
Aux figures 4 et 5 , il est visible qu' un gros aimant , destiné à devenir un aimant 6 ef fectuant une concentration de flux peut être découpé en plus de cinq aimants unitaires 7 pour des barrettes 7 longitudinales et en plus de vingt aimants unitaires 7 pour des barrettes 7 latérales .
Dans le cas où cette solution n' est pas suf fisante , il est possible d' aller plus loin avec la pixelisation . Selon cette technique , les aimants 6 vont être segmentés dans deux directions en suivant des règles similaires à celui du pavage du plan régulier dans le plan orthogonal à la direction du flux ou à la direction de polarisation des aimants 6 . Les motifs classiques utilisés pour la pixelisation peuvent être à base carrée, rectangulaire, cylindrique ou polygonale, notamment hexagonale ou ovoïde. Les aimants unitaires 7 dans cette configuration peuvent être sous forme de plots ou de tiges de forme allongée. Les aimants unitaires 7 peuvent s'étendre en longueur dans l'épaisseur d'une structure d'aimant formée par un regroupement des aimants unitaires 7 solidarisés les uns aux autres.
Ainsi, un gros aimant destiné à devenir un aimant 6 effectuant une concentration de flux peut être découpé en une multitude d'aimants unitaires 7 beaucoup plus petits. Aux figures 6 et 7, il est montré plus de cinquante aimants unitaires 7 faisant partie d'un même aimant 6 à concentration de flux.
Les aimants 6 à concentration de flux peuvent être découpés par Laser. Une couche de vernis isolant et adhésif ou une résine composite isolante peut être insérée entre les aimants unitaires 7.
Cependant, pour maintenir les aimants unitaires 7 les uns par rapport aux autres avant collage, il peut être avantageux de laisser dans l'aimant 6 à concentration de flux lors de la découpe un talon qui réunit tous les aimants unitaires 7 ensemble. Un tel talon peut présenter une forme de zig-zag c'est-à-dire être non plan en s'étendant sur plusieurs plans successifs, ce qui s'est avéré diminuer les courants de Foucault créés par un talon similaire mais plan.
Il est à garder à l'esprit que les aimants surfaciques 6a du rotor externe 2a peuvent aussi être segmentés ou pixelisés .
Notamment dans le cas d'aimants 6, 6a segmentés ou pixelisés, comme les rotors 2, 2a interne et externe peuvent tourner à grande vitesse et être soumis à une force centrifuge élevée, le moteur 1 peut comprendre au moins une frette recouvrant circonf érentiellement les aimants 6a du rotor externe 2a, car les aimants 6 effectuant une concentration de flux sont enterrés dans le circuit magnétique 8 et de ce fait mieux protégés.
Pour le rotor externe 2a, c'est aussi le carter du moteur
1 qui peut servir de frette.
Comme montré notamment aux figures 1 et 2, le moteur 1 électromagnétique selon la présente invention peut être à flux radial mais ceci n'est pas limitatif.
Dans ce cas, les rotors 2, 2a externe et interne peuvent être respectivement sous forme d'une couronne 9 perpendiculaire à l'axe de rotation 3, chaque couronne 9 étant prolongée par une portion cylindrique 9a reliée au bord externe de la couronne 9 et s'étendant à distance le long de l'axe de rotation 3.
Les références concernent la couronne 9 et la portion cylindrique 9a du rotor externe 2a mais le rotor interne
2 présente la même configuration.
Les rotors 2, 2a peuvent être liés mécaniquement l'un par rapport à l'autre par une pièce de liaison. Cette pièce peut être désaxée par rapport au plan orthogonal à l'axe de rotation 3.
Comme montré à la figure 8, l'invention concerne aussi un organe 15 entraîné par un moteur 1 électromagnétique tel que précédemment décrit. Une pièce de liaison assure une transmission de couple entre le moteur 1 électromagnétique et l'organe 15 entraîné. L'organe 15 entraîné est à cette figure 8 une jante 15 de roue. L'organe 15 peut être disposé extérieurement au moteur 1 en l'enveloppant au moins partiellement, ce qui est le cas pour un moteur roue pour lequel le moteur 1 est entièrement ou maj oritairement intégré dans la roue . En alternative , l ' organe 15 peut être adossé au moteur 1 électromagnétique en étant solidarisé à un des côtés du moteur 1 .
Dans le cas non limitatif d' un moteur roue , appellation commune d' une roue 16 comprenant en son intérieur un moteur 1 électromagnétique pour son entraînement , le moteur roue peut faire partie d' un moyen de transport 17 en étant associé avec un ou d' autres moteurs roue , le moyen de transport 17 présentant un moyen de suspension du moteur roue en le laissant libre en rotation .
Comme montré à la figure 9 , le moyen de transport 17 peut comprendre une batterie 21 alimentant le ou les moteurs roue 16 , le moteur roue pouvant aussi servir de générateur pour une recharge de la batterie 21 . Ceci est valable pour un moteur 1 électromagnétique selon la présente invention qui peut servir aussi de générateur . Le ou les moteurs 1 électromagnétiques présents dans la ou les roues 16 peuvent être contrôlés par une unité électronique 18 de contrôle du moyen de transport .

Claims

REVENDICATIONS ) Moteur (1) électromagnétique comprenant un rotor interne (2) et un rotor externe (2a) concentriques par rapport à un axe de rotation (3) central, les rotors (2, 2a) intercalant entre eux un stator (10) avec un entrefer (14, 14a) entre le stator (10) et chaque rotor (2, 2a) , chaque rotor (2, 2a) étant muni d'un circuit magnétique (8) de circulation de flux magnétique en vis-à-vis d'un entrefer (14, 14a) respectif et portant des aimants (6, 6a) , avec, pour le rotor externe (2a) des aimants surfaciques (6a) positionnés dans ou sur le circuit magnétique (8) associé en affleurant du circuit magnétique (8) vers l'entrefer (14, 14a) du rotor externe (2a) avec le stator (10) et , pour le rotor interne (2) , des aimants (6, 6a) disposés pour effectuer une concentration de flux en étant enterrés et positionnés radialement dans le circuit magnétique (8) du rotor interne (2) , caractérisé en ce que les aimants surfaciques (6a) du rotor externe (2a) dépassent du circuit magnétique (8) vers l'entrefer (14, 14a) respectif en étant partiellement enterrés dans le rotor externe, chaque aimant surfacique (6) du rotor externe (2a) étant segmenté dans au moins deux directions en une multitude d' au moins cinquante aimants unitaires (7) pixelisés. ) Moteur (1) selon la revendication précédente, dans lequel les aimants unitaires (7) sont sous la forme de de plots de forme allongée à section circulaire, cylindrique, polygonale ou ovoïdes, les plots s'étendant partiellement dans une épaisseur du rotor externe (2a) . 3) Moteur (1) selon la revendication précédente, dans lequel une largeur des aimants (6, 6a) du rotor interne (2) croît en éloignement de l'entrefer (14) du rotor interne (2) avec le stator (10) .
4) Moteur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le circuit magnétique (8) du rotor interne (2) comporte un évidement (19) sur un bord du circuit magnétique (8) opposé à l'entrefer (14, 14a) entre le stator (10) et le rotor interne (2) .
5) Moteur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le stator (10) comporte un noyau d'armature portant des dents (11) présentant des collerettes (13) à chacune de leurs extrémités longitudinales orientées vers un rotor respectif, deux dents (11) adjacentes laissant entre elles une encoche (12) pour un bobinage, l'encoche (12) étant rétrécie par les collerettes (13) des deux dents (11) adjacentes à chacune de leurs extrémités longitudinales .
6) Moteur (1) selon la revendication précédente, dans lequel les encoches (12) reçoivent des bobinages à pas fractionnaire .
7) Moteur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moteur (1) comprend une frette recouvrant circonf érentiellement les aimants (6a) du rotor externe (2a) .
8) Moteur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel des masses des aimants (6, 6a) des rotors (2, 2a) interne et externe sont respectivement sélectionnées l'une par rapport à l'autre afin que les rotors (2, 2a) interne et externe atteignent un niveau d'induction équivalent. 9) Moteur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moteur (1) est à flux radial, les rotors (2, 2a) externe et interne étant respectivement sous forme d'une couronne (9) perpendiculaire à l'axe de rotation (3) , chaque couronne (9) étant prolongée par une portion cylindrique (9a) reliée au bord externe de la couronne (9) et s'étendant à distance le long de l'axe de rotation (3) .
10) Moteur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les rotors (2, 2a) sont liés mécaniquement l'un par rapport à l'autre par une pièce de liaison par rapport au plan orthogonal à l'axe de rotation (3) .
11) Organe (15) caractérisé en ce qu'il est entraîné par un moteur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, l'organe (15) étant disposé extérieurement au moteur (1) en l'enveloppant au moins partiellement ou en étant adossé au moteur (1) •
12) Organe (15) selon la revendication précédente, lequel est une roue (16) entraînée en rotation par ledit moteur (1) , la roue (16) logeant le moteur (1) en son intérieur.
13) Moyen de transport (17) , caractérisé en ce qu'il comprend au moins un organe (15) sous la forme d'une roue (16) entraînée en rotation par ledit moteur (1) selon la revendication précédente, le moyen de transport présentant un moyen de suspension de la roue (16) en laissant la roue (16) libre en rotation.
PCT/IB2023/051907 2022-03-03 2023-03-01 Moteur électromagnétique à concentration de flux magnetiques WO2023166443A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2201846A FR3133280B1 (fr) 2022-03-03 2022-03-03 Moteur électromagnétique à concentration de flux magnétique
FRFR2201846 2022-03-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023166443A1 true WO2023166443A1 (fr) 2023-09-07

Family

ID=81648271

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/IB2023/051907 WO2023166443A1 (fr) 2022-03-03 2023-03-01 Moteur électromagnétique à concentration de flux magnetiques

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3133280B1 (fr)
WO (1) WO2023166443A1 (fr)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2881290A1 (fr) 2004-12-27 2006-07-28 Denso Corp Roue electrique
US20120262019A1 (en) * 2011-04-13 2012-10-18 Boulder Wind Power,Inc. Flux focusing arrangement for permanent magnets, methods of fabricating such arrangements, and machines including such arrangements
US20180331590A1 (en) * 2008-09-23 2018-11-15 Aerovironment, Inc. Flux concentrator for ironless motor
US20190190413A1 (en) 2017-12-20 2019-06-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Motor and washing machine having the same
US20200119605A1 (en) * 2018-10-16 2020-04-16 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Electric motor
EP3832850A1 (fr) 2019-12-05 2021-06-09 Whirlpool Corporation Moteur électrique à entraînement direct avec des configurations de stator et d'aimant pour une capacité de couple améliorée
CN113131700A (zh) * 2021-04-09 2021-07-16 台铃科技(江苏)股份有限公司 一种高功率密度轮毂电机结构
EP3857677A1 (fr) * 2018-09-24 2021-08-04 Whylot Rotor a flux axial aux aimants et corps en couches de composite avec fibres d'orientations differentes

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2881290A1 (fr) 2004-12-27 2006-07-28 Denso Corp Roue electrique
US20180331590A1 (en) * 2008-09-23 2018-11-15 Aerovironment, Inc. Flux concentrator for ironless motor
US20120262019A1 (en) * 2011-04-13 2012-10-18 Boulder Wind Power,Inc. Flux focusing arrangement for permanent magnets, methods of fabricating such arrangements, and machines including such arrangements
US20190190413A1 (en) 2017-12-20 2019-06-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Motor and washing machine having the same
EP3857677A1 (fr) * 2018-09-24 2021-08-04 Whylot Rotor a flux axial aux aimants et corps en couches de composite avec fibres d'orientations differentes
US20200119605A1 (en) * 2018-10-16 2020-04-16 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Electric motor
EP3832850A1 (fr) 2019-12-05 2021-06-09 Whirlpool Corporation Moteur électrique à entraînement direct avec des configurations de stator et d'aimant pour une capacité de couple améliorée
CN113131700A (zh) * 2021-04-09 2021-07-16 台铃科技(江苏)股份有限公司 一种高功率密度轮毂电机结构

Also Published As

Publication number Publication date
FR3133280B1 (fr) 2024-08-30
FR3133280A1 (fr) 2023-09-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FR3064423B1 (fr) Rotor pour moteur ou generatrice electromagnetique a structure alveolaire comportant des alveoles pour le logement d'aimants respectifs
CA2482125C (fr) Machine electrique a flux transverse a rotor dente
FR2819350A1 (fr) Machine tournante perfectionnee pour vehicules automobiles
FR2881290A1 (fr) Roue electrique
WO2017149434A1 (fr) Procede pour generer un champ magnetique et generateur de champ magnetique
FR3004297A1 (fr) Rotor a aimantation permanente pouvant lui etre donnee apres coup
EP2209192A1 (fr) Machine électrique tournante, en particulier pour un démarreur de véhicule automobile
WO2023166443A1 (fr) Moteur électromagnétique à concentration de flux magnetiques
EP2283561B1 (fr) Rotor de machine electrique tournante avec structures interpolaires a masse reduite
FR3045233A1 (fr) Rotor d'un moteur electromagnetique a flux axial a au moins un aimant de forme ondulee
WO2023166442A1 (fr) Moteur électromagnétique à aimants surfaciques
EP3743929A1 (fr) Aimant unitaire à configuration ovoïde et structure d'aimant à plusieurs aimants unitaires
FR2837631A1 (fr) Machine electrique a stator et/ou rotor modulaire, ensemble comprenant une telle machine et un echangeur de chaleur et vehicule automobile correspondant
FR3008539A1 (fr) Actionneur electromagnetique polyentrefers a aimants permanents et elements de bobinage sans fer
FR3123519A1 (fr) Machine electrique tournante à configuration co-axiale
FR2932325A1 (fr) Rotor de machine electrique tournante avec structures interpolaires a masse reduite
FR3067880A1 (fr) Machine electrique tournante
EP4260439A1 (fr) Machine électrique tournante pour contrôle pleine onde et à modulation de largeur d'impulsion et ensemble électrique
WO2011092434A1 (fr) Dispositif magnetocalorique
WO2024028133A1 (fr) Machine electrique de traction a flux axial
FR3131124A1 (fr) Stator de machine électrique tournante équipé d’un isolant d’un bobinage d’excitation
FR3108215A1 (fr) Moteur electromagnetique a stator modulable
FR3078594A1 (fr) Moteur electromagnetique compact polyentrefers et a flux magnetique axial
FR2982097A1 (fr) Procede de pilotage d'une machine electrique tournante synchrone a double excitation et machine electrique tournante correspondante
FR2932324A1 (fr) Rotor de machine electrique tournante avec inserts magnetiques interpolaires

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23710096

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2023710096

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2023710096

Country of ref document: EP

Effective date: 20241004