Brevet FR2915033A1 — publié le 20081017

La présente invention concerne les machines électriques tournantes, moteurs ou génératrices. Les machines synchrones à aimants permanents et à nombre de pôles élevé, par exemple supérieur ou égal à 12, présentent de manière générale de meilleures performances électriques en termes de puissance massique, de rendement, de facteur de puissance et d'oscillations de couple que celles à faible nombre de pôles. Du fait de leur polarité élevée, leurs culasses stator et rotor servant à reboucler le flux magnétique présentent une dimension radiale relativement faible, ce qui laisse un volume relativement grand inutilisé du côté radialement intérieur du circuit magnétique. L'invention vise à améliorer encore les machines tournantes électriques, notamment celles à polarité élevée. L'invention a ainsi pour objet, selon l'un de ses aspects, une machine tournante électrique comportant : un premier stator, - un deuxième stator concentrique au premier et disposé à l'intérieur de celui-ci, - un rotor disposé entre le premier et le deuxième stator, ce rotor comportant des aimants permanents disposés circonférentiellement entre des parties polaires. L'utilisation d'un tel rotor peut permettre, si cela est recherché, une fixation des aimants sans colle ni frettage. La disposition des aimants permet de diviser par deux le nombre d'aimants par rapport à une structure qui comporterait des aimants collés sur des surfaces radialement intérieure et extérieure du rotor. L'invention permet de bénéficier d'une machine électrique plus compacte à performances identiques, en occupant le volume inutilisé à l'intérieur du premier stator par un deuxième stator. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, les aimants présentent une forme trapézoïdale en section transversale, avec une plus grande base adjacente au premier 30 stator. Le rotor peut présenter des surfaces cylindriques de révolution face aux premier et deuxième stators, centrées sur l'axe de rotation du rotor. Le rotor peut présenter des premières régions dépourvues de matériau magnétique, disposées au moins partiellement entre les aimants et la surface du rotor tournée vers le premier stator. Le rotor peut également comporter des deuxièmes régions dépourvues de matériau magnétique, disposées au moins partiellement entre les aimants et la surface du rotor tournée vers le deuxième stator. Ces régions dépourvues de matériau magnétique peuvent contribuer à diminuer les ondulations de couple en tendant à égaliser les valeurs des inductances directe Ld et inverse Lq. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, la longueur des régions dépourvues de matériau magnétique est comprise entre 1,1 et 1,3 fois la largeur des dents du stator en regard, étant de préférence voisine de 1,2 fois cette largeur. Les première et deuxième régions dépourvues de matériau magnétique peuvent être réalisées par exemple grâce à des évidements de la tôlerie du rotor. Le rotor peut comporter une couronne en matériau magnétique, formée par exemple par une superposition de tôles magnétiques, avec des logements pour recevoir les aimants. Ces logements peuvent être non débouchant sur les surfaces radialement intérieure et extérieure du rotor, ce qui peut améliorer la cohésion mécanique du rotor. Chaque logement peut comporter deux nervures se faisant face, formant saillie dans le logement, et contre lesquelles l'aimant peut venir en appui. Le nombre de pôles du rotor est par exemple supérieur ou égal à 12, le nombre 20 de pôles des premier et deuxième stators étant par exemple supérieur ou égal à 18. Chaque stator peut avantageusement être à bobinage concentré, les dents étant dépourvues d'épanouissements polaires. Les deux stators peuvent être alignés magnétiquement ou en variante être décalés angulairement, ce qui peut réduire encore plus les oscillations de couple, le 25 décalage angulaire (en radians) des rotors étant par exemple voisin de 11/6p, p étant le nombre de paires de pôles du rotor. L'invention a encore pour objet un procédé d'entraînement d'un ascenseur, dans lequel au moins un câble ou une courroie relié à l'ascenseur est mis en mouvement par la machine telle que définie ci-dessus, sans réducteur interposé. 30 L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un exemple de mise en oeuvre non limitatif de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : la figure 1 est une coupe transversale, schématique et partielle, d'un exemple de machine réalisée conformément à l'invention, et - la figure 2 illustre un détail de réalisation du rotor. La machine 1 représentée à la figure 1 est par exemple un moteur destiné à entraîner un ascenseur sans réducteur ou avec un faible rapport de réduction. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à une application particulière et s'applique également à la réalisation de moteurs ou de générateurs pour des applications autres que l'entraînement des ascenseurs. La machine 1 comporte un premier stator 2 et un deuxième stator 3, entre lesquels tourne un rotor 4. Le premier stator 2 comporte une pluralité de dents 6 qui sont dans l'exemple considéré dépourvues d'épanouissements polaires à leur extrémité libre, ces dents se raccordant à une culasse 7 qui peut être sensiblement symétrique de révolution autour de l'axe de rotation du rotor. La machine 1 peut comporter un carter extérieur 10, comme illustré. Les dents 6 définissent entre elles des encoches 12 qui reçoivent des bobines 13, seule l'une d'entre elles étant représentée pour le premier stator 2 dans un souci de clarté du dessin. Le cas échéant, les dents 6 peuvent recevoir des cales de retenue des bobines 13, ces cales non représentées pouvant par exemple se glisser entre des gorges correspondantes prévues sur les faces en regard de deux dents adjacentes. Le deuxième stator 3 comporte, de manière similaire au premier stator 2, des dents 15 dépourvues d'épanouissements polaires et définissant entre elles des encoches 16 pour le montage de bobines 17, seule l'une d'entre elles étant représentée à la figure 1. Dans l'exemple considéré, le nombre de dents des premier et deuxième stators est le même, les stators ayant la même polarité. Les dents peuvent être alignées angulairement, avec leurs axes longitudinaux X et Y confondus, comme illustré à la figure 1. En variante, afin de réduire davantage les ondulations de couple, les dents 6 et 15 peuvent être décalées angulairement, l'angle entre les axes X et Y étant de préférence de l-1/6 p, où p désigne le nombre de paires de pôles du rotor. Les bobines 13 et 17 respectivement associées aux deux stators pour un pôle donné peuvent être reliées électriquement en série, chaque stator étant par exemple triphasé. Le rotor 4 comporte des aimants permanents 20 dont les pôles magnétiques sont orientés circonférentiellement, les pôles magnétiques de deux aimants 20 adjacents ayant même polarité, comme on peut le voir sur la figure 1. Les aimants permanents 20 présentent en section dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation une section trapézoïdale, avec une grande base 22 située du côté du premier stator 2, là où les dents 6 présentent la largeur la plus grande. Les aimants permanents 20 sont disposés dans des logements 24 d'une couronne 26 en matériau magnétique formée par l'assemblage de tôles magnétiques superposées, recouvertes chacune d'un vernis isolant de façon à réduire les pertes par courants de Foucault. Le rotor 4 peut présenter des surfaces radialement intérieure 27 et extérieure 28 qui sont cylindriques de révolution, centrées sur l'axe de rotation du rotor 4. Chaque logement 24 comporte dans l'exemple considéré deux nervures 30 formant saillie l'une vers l'autre sur les grandes faces opposées 32, contre lesquelles l'aimant correspondant 20 peut venir en appui par sa grande base 22. Les grandes faces 32 du logement 24 convergent l'une vers l'autre en direction 20 du deuxième stator 3, de préférence avec le même angle que les grandes faces des aimants 20. Des évidements 36 prolongent les logements 24 du côté radialement intérieur du rotor 4. Les aimants 20 sont maintenus clans les logements 24 avec leur petite base 33 25 qui se situe au niveau du bord radialement intérieur des logements 24, laissant les évidements 36 libres. La longueur 1 des évidements 36 est supérieure à la largeur L des dents 15 à leur extrémité libre d'un facteur voisin de 1,2, valeur pour laquelle les inductances Ld et Lq ont sensiblement la même valeur. 30 Chaque logement 24 est prolongé au-delà des nervures 30 par un évidement 40, lequel est situé entre deux autres évidements 41. La distance 1' entre les extrémités les plus éloignés des évidements 41 est supérieure à la largeur L' d'une dent 6 d'un facteur voisin de 1,2, de façon à ce que les inductances Ld et Lq soient sensiblement égales, comme pour le deuxième stator 3. Les axes longitudinaux Z et Z' des évidements 36 et 40, 41 sont perpendiculaires aux rayons médians des logements 24, dans l'exemple considéré. L'épaisseur de matière e, mesurée radialement, entre un évidement 36, 40 ou 41 et la surface, radialement extérieure ou intérieure, adjacente du rotor peut être comprise entre 1 et 1,5 mm par exemple. Les parties 48 de la couronne 26 du rotor 4 situées entre deux aimants 20 10 adjacents se comportent comme des pièces polaires qui concentrent le flux magnétique des aimants 20 vers les dents 6 et 15. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple qui vient d'être décrit. On peut notamment utiliser, sans sortir du cadre de l'invention, des stators à bobinage distribué et/ou des dents comprenant des épanouissements polaires. 15 On peut utiliser des aimants ayant une forme autre que trapézoïdale, par exemple rectangulaire. L'expression comportant un doit être comprise comme étant synonyme de comportant au moins un , sauf si le contraire est spécifié. 20 REVENDICATIONS 1. Machine tournante électrique comportant : un premier stator (2), - un deuxième stator (3) concentrique au premier et disposé à l'intérieur de celui-ci, - un rotor (4) disposé entre le premier et le deuxième stator, ce rotor comportant des aimants permanents (20) disposés circonférentiellement entre des parties polaires (48). 2. Machine selon la revendication 1, les aimants (20) présentant une forme trapézoïdale en section transversale, avec une plus grande base (22) adjacente au premier stator (2). 3. Machine selon l'une des revendications 1 et 2, le rotor présentant des surfaces cylindriques de révolution (27, 28) adjacentes aux premier et deuxième stators, centrées sur l'axe de rotation du rotor. 4. Machine selon l'une des revendications 1 à 3, le rotor présentant des premières régions (40, 41) dépourvues de matériau magnétique disposées au moins partiellement entre les aimants (20) et la surface (28) du rotor tournée vers le premier stator. 5. Machine selon l'une des revendications 1 à 4, le rotor comportant des deuxièmes régions (36) dépourvues de matériau magnétique disposées au moins partiellement entre les aimants et la surface (27) du rotor tournée vers le deuxième stator. 6. Machine selon l'une des revendications 4 et 5, la longueur (1; 1) des régions dépourvues de matériau magnétique étant comprise entre 1,1 et 1,3 fois la largeur (L ; L') des dents du stator en regard. 7. Machine selon la revendication 6, la longueur (1 ; 1') étant voisine de 1,2 fois cette largeur (L ; L'). 8. Machine selon les revendications 4 et 5, les première et deuxième régions dépourvues de matériau magnétique étant réalisées grâce à des évidements de la tôlerie du rotor. 9. Machine selon l'une des revendications 1 à 8, le rotor comportant une couronne en matériau magnétique formée par une superposition de tôles magnétiques, avec des logements (24) pour recevoir les aimants (20). 10. Machine selon la revendication 9, chaque logement comportant deux nervures (30) se faisant face, formant saillie dans le logement (24), et contre lesquelles l'aimant (20) vient en appui. 11. Machine selon l'une des revendications 1 à 10, le nombre de pôles du rotor étant supérieur ou égal à 12. 12. Machine selon l'une des revendications 1 à 11, chaque stator étant à bobinage concentré. 13. Machine selon l'une des revendications 1 à 12, le stator comportant des dents dépourvues d'épanouissements polaires. 14. Machine selon l'une des revendications 1 à 13, les deux stators étant alignés magnétiquement. 15. Machine selon l'une des revendications 1 à 13, les deux stators étant décalés angulairement, d'un angle voisin de II/6p, p étant le nombre de paires de pôles du rotor.20