Brevet FR2548843A1 — publié le 19850111

Perfectionnement aux machines tournantes à aimants au rotor. La présente invention a trait à un perfection5 nement aux machines tournantes à aimants au rotor,qu'elles soient motrices ou génératrices, du type présentant un rotor muni d'aimants permanents, tournant dans un stator présentant une pluralité de bobinages. On connaît des machines tournantes à rotor & 10 aimants tangentiels, disposes sur la périphérie du rotor et dont la direction d'aimantation est radiale Ces machines présentent une induction d'excitation relativement faible en raison même de la nature des aimants et de leur point de fonctionnement relativement bas Par contre, 15 la densité linéique de courant que l'on peut installer au stator est importante, la réaction magnétique d'induit dans le rotor restant faible car les aimants, qui forment l'essentiel de la périphérie du rotor, sont équivalents à un entrefer considérable. Malgré cela, le couple développé reste confiné à des valeurs moyennes, malgré la densité linéique importante de courant, en raison de la faiblesse de l'induction d'excitation. Pour augmenter l'induction d'excitation, on 25 a conçu des machines dont le rotor présente des aimants radiaux réunis par des masses polaires qui concentrent le flux magnétique en direction de l'entrefer De telles machines présentent une induction d'excitation importante par effet de concentration du flux, d'autant plus que la surface totale d'aimants peut être supérieure à la surface d' entreferà partir d'un certain nombre de pôles. Par contre, la densité linéique de courant que l'on peut installer au stator reste faible car la réaction magnétique d'induit devient rapidement importante du fait que ces machines ont un faible entrefer et que les masses 10 polaires réduisent le parcours des lignes de champ produit par les courants statoriques Il en résulte que le couple qui peut être développé reste également confiné a des valeurs moyennes et ne peut pas être accru de façon importante. La présente invention se propose de remédier à ces inconvénients et de fournir un perfectionnement aux machines tournantes a aimants au rotor qui, d'une façon simple et économique, puissent présenter une induction d'excitation importante tout en supportant une densité 20 linéique de courant au stator élevée. Un autre objectif de l'invention est d'augmenter sensiblement la puissance de ce type de machines. L'invention a pour objet un perfectionnement aux machines tournantes à aimants au rotor, du type dans 25 lequel le rotor comporte une pluralité d'aimants permanents disposes radialement et réunis respectivement par des pièces polaires en forme de secteurs, de façon a concentrer le flux d'induction vers le stator, caractérisé en ce que lesdites pièces polaires présentent des moyens faisant 30 obstacle à la propagation des flux magnétiques dans des directions sensiblement différentes des directions radiales de concentration du flux d'induction. Conformément a une forme de réalisation particulièrement préférée de l'invention, lesdites pièces polaires 35 du rotor sont pourvues de fentes disposées dans une direction sensiblement radiale ou assez peu inclinée par rapport a la direction radiale de symétrie de la pièce polaire. Ces fentes peuvent éventuellement être ouvertes sur l'entrefer mais il est préféré qu'elles ne débouchent pas ainsi sur l'entrefer pour des raisons de stabilité mécanique du rotor Le nombre et la largeur des fentes peuvent être variés, la largeur étant de préférence au moins égale à quelques dixièmes de millimètreLes fentes peuvent être avantageusement- réalisées par découpage des tôles qui, empilées, forment les pièces 10 polaires, ou bien par d'autres moyens, par exemple par usinage, dans le cas de pièces polaires massives. On constate que la présence de ces fentes limite à des valeurs pratiquement négligeables les flux de réaction d'induit sans gêner les flux d'excitation. Il est ainsi possible d'obtenir des augmentations de puissance massique des machines selon l'invention de l'ordre de 200 %, ce qui permet également un gain en poids et en encombrement. Dans une forme de réalisation moins avantageuse 20 de l'invention, les pièces polaires peuvent, au lieu de comporter des fentes, être réalisées à partir de tôles orientées, dans lesquelles la direction d'orientation correspond sensiblement a la direction des fentes. D'autres avantages et caractéristiques de l'in25 vention apparaîtront a la lecture de la description suivante, faite a titre d'exemple non limitatif et se référant au dessin annexé dans lequel: La figure 1 représente une vue schématique d'un moteur électrique selon l'invention. La figure 2 représente, en coupe transversale selon la ligne II-II de la figure 3, un moteur selon une variante de l'invention. La figure 3 représente le même moteur, en coupe axiale selon la ligne III-III de la figure 2. On se réfère tout d'abord à la figure 1. On voit sur cette-figure, qui montre une machine de façon schématique, vue en bout, un stator 1 représenté de façon schématique et un rotor 2 avec un intervalle radial 3 entre rotor et stator Le rotor 2 comporte un arbre amagnétique 4 portant quatre aimants radiaux 5, par exemple des aimants ferrites dont les faces radiales 5 opposées correspondent à des polarités différentes La disposition de ces aimants est telle que les faces voisines de deux aimants consécutifs possèdent la même polarité. Les aimants 5 sont réunis par des pièces polaires 6 réalisées par exemple par des empilages de tôles découpées 10 en secteurs de cercle, qui concentrent les lignes de flux d'excitation dans une direction sensiblement radiale vers le stator On a représenté, en trait interrompu, les lignes de flux d'excitation. Conformément à l'invention, les pièces polaires 15 6 sont pourvues d'une pluralité de fentes ou lumières allongées 7 qui peuvent être disposées radialement mais qui, dans la forme de réalisation représentée, sont toutes parallèles entre elles et à la direction radiale de la ligne géométrique médiane de la pièce polaire 6, alignée 20 avec la fente 7 de plus grande longueur On voit que les fentes 7 ne débouchent pas sur l'espace 3, de sorte que la cohésion mécanique des pièces polaires 6 reste parfaitement maintenue Lorsque la machine est en fonctionnement, le 25 flux d'induction provenant des aimants se traduit, dans les bobinages (non représentés) du stator, par d'importantes densités linéiques de courant Cependant, la réaction d'induit développée, qui tend à dégager un flux de réaction d'induit représenté par les lignes en trait mixte, se 30 trouve bloquée par la présence des fentes 7 formant un obstacle à la propagation des champs magnétiques Par ailleurs, les aimants radiaux 5 eux-mêmes forment également des obstacles & la propagation des flux de réaction d'induit, de sorte que la réaction d'induit est particulié35 rement faible et pratiquement négligeable. On peut ainsi obtenir des augmentations de puis- sance massique importantes. On se réfère maintenant aux figures 2 et 3. On a représenté sur ces figures une machine dont le rotor 8, monté sur un arbre 9, comporte cette fois-ci huit aimants 10, comparables aux aimants 5, également disposés de façon radiale Les pièces polaires 11, comparables aux pièces polaires 6, orientent également le flux d'induction vers le stator 12 dont on voit les encoches 13 présentant les bobinages 14. Conformément A l'invention, les pièces polaires 11 présentent également une pluralité de fentes 15 qui sont disposées de façon légèrement divergente versl'arbre 9 Ces fentes s'étendent sur la plus grande partie de l'épaisseur radiale des pièces polaires 11. La machine représentée sur les figures 2 et 3 présente un développement linéaire en aimantsextramement important se traduisant, dans chaque piece polaire 11, par une forte concentration de flux d'induction orienté radialement et circulant entre les fentes 15 Il en résulte 20 une possibilité de densité linéique au stator extrêmement élevée Là également, la forte réaction d'induit qui tendrait à se développer se trouve empêchée par la présence des fentes et, subsidiairement, des aimants eux-mêmes. Le nombre de fentes dans une pièce polaire peut varier, en fonction des dimensions, du nombre de pâles et donc de la taille angulaire de la pièce polaire, ainsi que des performances électromagnétiques propres de la machine Ce nombre de fentes peut être de 1 ou davantage. De façon avantageuse, on préfère que le rapport moyen de fentes par rapport a la pièce polaire, c'est-àdire le rapport de la longueur totale distribuée par les fentes sur un arc de cercle centré sur l'axe de rotation et s'étendant d'une extrémité à l'autre d'une pièce polaire 35 sensiblement au niveau de la moitié de son épaisseur radiale, à la longueur de cet arc de cercle, soit compris entre 30 % et 90 % environ, soit 60 à 180 électrique. Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme de réalisation particulière, il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut lui 5 apporter diverses modifications de forme ou de matériau sans pour cela s'éloigner ni de son cadre, ni de son esprit. REVENDICATIONS 1 Perfectionnement aux machines tournantes & aimants au rotor, du type dans lequel le rotor comporte une pluralité d'aimants permanents ( 5, 10) disposés radia5 lement et réunis respectivement par des pièces polaires ( 6, 11) en forme de secteurs, de façon à concentrer le flux d'induction vers le stator, caractérisé en ce que lesdites pièces polaires ( 6, 11) présentent des moyens ( 7, 15) faisant obstacle à la propagation des flux magnéti10 ques dans des directions sensiblement différentes des directions radiales de concentration du flux d'induction. 2 Perfectionnement selon la revendication 1, caractérisê en ce que lesdites pièces polaires ( 6, 11) sont pourvues de fentes ( 7, 15) disposées dans une direc15 tion sensiblement radiale ou assez peu inclinée par rapport à la direction radiale de symétrie de la pièce polaire. 3 Perfectionnement selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites fentes sont fermées en leurs deux extrémités. 4 Perfectionnement selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que lesdites fentes sont réalisées par découpage dans des tôles empilées formant les pièces polaires. Perfectionnement selon l'une quelconque des 25 revendications 2 à 4, caractérisé en ce que lesdites fentes ( 7) sont parallèles entre elles et à la direction radiale médiane de la pièce polaire ( 6). 6 Perfectionnement selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que lesdites fentes 30 ( 15) d'une même pièce polaire ( 10) sont légèrement divergentes en direction de l'axe du rotor. 7 Perfectionnement selon l'une quelconque des revendications 2 & 6, caractérisé en ce que le rapport moyen de fentes par rapport à la pièce polaire est compris 35 entre 30 % et 90 % environ. 8 Perfectionnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites piècespolaires sont composées de tôles orientées dans lesquelles la direction d'orientation est sensiblement radiale.