Brevet FR2922060A1 — publié le 20090410

La présente invention concerne les machines électriques tournantes et plus particulièrement celles comportant un rotor et deux stators disposés de part et d'autre du rotor. La demande internationale WO 2007/077381 mentionne la possibilité de concevoir une machine comportant deux stators disposés de part et d'autre d'un rotor central suivant l'axe de rotation. D'autre part, dans cette demande internationale, le rotor est à concentration de flux. Il existe un besoin pour bénéficier d'une machine de construction simplifiée et 10 de fonctionnement fiable, ayant un encombrement relativement faible et capable de fonctionner avec un couple élevé. Il existe également un besoin pour améliorer les machines à aimants permanents afin par exemple d'augmenter leur rendement ou leur couple et/ou diminuer leur encombrement. 15 L'invention a ainsi pour objet, selon l'un de ses aspects, une machine électrique tournante comportant un rotor comportant des aimants permanents, et deux stators disposés respectivement de part et d'autre du rotor, l'un des stators étant disposé radialement à l'extérieur des aimants permanents et l'autre stator étant disposé radialement à l'intérieur des aimants permanents. 20 Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, le rotor comporte une portion d'entraînement d'au moins un câble et la machine comporte au moins un frein agissant sur un disque de frein entraîné par le rotor, le disque de frein et la portion d'entraînement étant monobloc. L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, une machine 25 électrique tournante comportant : - un rotor comportant des aimants permanents et une portion d'entraînement d'au moins un câble, - deux stators disposés respectivement de part et d'autre du rotor, - au moins un frein agissant sur un disque de frein entraîné par le rotor, le 30 disque de frein et la portion d'entraînement étant monobloc. Grâce à la configuration du ou des freins et des stators, l'encombrement de la machine peut être relativement faible comparativement au couple fourni, par rapport à une machine à un seul stator, ce qui peut permettre de faciliter sa mise en place dans une machinerie d'ascenseur par exemple. Le disque de frein est de préférence perpendiculaire à l'axe de rotation. Par ailleurs, la mise en rotation de la portion d'entraînement peut s'effectuer sans engrenage, ce qui accroît la fiabilité de la machine, simplifie sa fabrication et diminue son encombrement. Cela peut réduire également le bruit de fonctionnement. La machine peut notamment être dépourvue de réducteur de vitesse. Les deux stators sont solidaires l'un de l'autre, notamment par l'intermédiaire d'un carter de la machine. Le rotor peut comporter un évidement annulaire dans lequel est logé l'un des stators, ainsi qu'un évidement central dans lequel est logé l'autre stator. La machine électrique tournante peut comporter plusieurs freins, notamment six freins agissant sur un disque de frein entraîné par le rotor et monobloc avec la portion d'entraînement. Le ou les freins peuvent être des freins électromagnétiques, par exemple à manque de courant. L'un des stators peut être disposé entre le disque de frein et les aimants permanents du rotor. Le rotor peut comporter une portion annulaire s'étendant autour de l'un des stators et disposée radialement à l'intérieur de l'autre stator, portant les tôles rotoriques éventuelles et les aimants. Le rotor peut comporter des aimants disposés en surface. Les aimants peuvent être fixés à une culasse du rotor par collage, ou autrement, notamment par serrage, ou coopération de formes. Les aimants, notamment ceux situés à la périphérie radialement extérieure du rotor, peuvent être recouverts d'une frette. Le rotor peut présenter une surface cylindrique intérieure et une surface cylindrique extérieure, les aimants permanents étant disposés sur chacune de ces surfaces cylindriques intérieure et extérieure. Les nombres d'aimants disposés sur les surfaces cylindriques intérieures et extérieures sont égaux et représentent le nombre de pôles du rotor Np. Les pôles définis par les aimants disposés sur la surface cylindrique intérieure et ceux définis par les aimants disposés sur la surface cylindrique extérieure peuvent être décalés angulairement. L'écart angulaire peut être sensiblement égal à l'une des valeurs suivantes it/(6Np) et it/(18Np) . L'un au moins des stators peut comporter des dents portant des enroulements, les dents étant dépourvues d'épanouissements polaires. Les dents supportant les enroulements peuvent aussi comporter des épanouissements polaires dans une variante. Au moins l'un des stators peut être à bobinage concentré ou en variante à bobinage distribué. Chacun des stators peut par exemple être à bobinage concentré ou chacun des stators à bobinage distribué. Chacun des stators comporte le même nombre de dents. Les stators peuvent ne pas être décalés angulairement. En variante, les stators peuvent être décalés angulairement, par exemple d'un angle d'environ it/(6Np) ou it/(l8Np). Le rotor peut comporter des trous dans lesquels sont disposés des tirants destinés à maintenir des tôles rotoriques portant les aimants permanents du rotor, ces tôles rotoriques constituant la culasse du rotor. Les enroulements de l'un des stators peuvent être reliés électriquement en série aux enroulements de l'autre stator. Les deux enroulements des stators peuvent aussi être alimentés séparément Chacun des stators peut comporter une culasse réalisée d'un seul tenant avec 20 les dents du stator correspondant. La culasse peut être réalisée dans un matériau magnétique. La portion d'entraînement du rotor peut être pourvue d'au moins une gorge annulaire pour l'entraînement d'au moins un câble, par exemple plusieurs gorges identiques. 25 La machine constitue une machine synchrone. 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 vue en perspective d'une machine conforme à 30 l'invention, - la figure 2 est une coupe longitudinale, schématique et partielle, de la machine de la figure 1, et - la figure 3 est une coupe transversale, schématique et partielle, de la machine des figures 1 et 2. La machine électrique 10 représentée aux figures 1 à 3 est destinée par 5 exemple à l'entraînement de câbles d'ascenseur et comporte un rotor 20 comportant une portion d'entraînement 22 d'au moins un câble non représenté. Le rotor 20 tourne autour d'un axe de rotation X qui est aussi l'axe longitudinal de la machine 10 dans l'exemple considéré. Le rotor 20 comporte un arbre 21 qui repose par des roulements 14 et 15 sur un carter 16 de la machine, le carter comportant 10 des ajours pour le passage du ou des câbles. Les ajours du carter sont ménagés entre des flasques d'extrémités 17 séparés par des entretoises 18, ces flasques reposant sur un socle 19. Un de ces flasques d'extrémités comporte des ajours pour le passage des câbles d'alimentation. La machine 10 comporte en outre, d'un côté de celle-ci, une pluralité de freins 15 électromagnétiques 12, plus précisément six freins dans l'exemple décrit. Chaque frein 12 agit sur un disque de frein 13, comme illustré sur la figure 2. Le disque de frein 13 est réalisé dans l'exemple considéré de manière monobloc avec la portion d'entraînement 22 du rotor. La portion d'entraînement 22 est, dans l'exemple décrit, pourvue de gorges 20 annulaires 28 pour l'entraînement des câbles. Les gorges annulaires 28 sont par exemple adaptées à recevoir des câbles de section sensiblement circulaire, constitués de fils métalliques et/ou synthétiques torsadés. Les câbles peuvent comporter des brins de section circulaire ou non, par exemple de diamètres différents, ou réalisés dans des matériaux différents. Les câbles peuvent par exemple être en Kevlar . Le terme � câble � ne doit pas 25 être compris avec un sens limitatif et englobe des fils de toutes sections et structures, par exemple composites. Une gorge 28 peut comporter un fond de forme partiellement circulaire en section. En variante, une gorge 28 peut comporter deux plans convergents vers l'axe de rotation de la machine. L'écartement entre deux gorges 28 peut être constant ou non. 30 La portion d'entraînement 22 est, dans l'exemple décrit, réalisée monobloc avec une portion annulaire 23 du rotor d'axe X, sur laquelle sont disposés des aimants permanents 24 et des tôles rotoriques 25. Ces dernières comportent dans l'exemple décrit des trous transverses pour le passage de tirants 26 qui permettent le maintien de ces tôles 25 sur le reste du rotor. Les tôles rotoriques 25 constituent une culasse de rotor définissant une surface cylindrique extérieure 27 et une surface cylindrique intérieure 28. Le rotor comporte un premier ensemble 24a d'aimants permanents disposés sur la surface cylindrique extérieure 27 et un deuxième ensemble 24b d'aimants permanents disposés sur la surface cylindrique intérieure 28 du rotor. Les aimants 24a et 24b sont par exemple collés en surface. La machine 10 comporte également deux stators 30 et 31 ayant des enroulements 32 disposés sur des dents 33. L'un des stators 30 est situé radialement entre les aimants 24a du rotor et le disque de frein 13, dans un évidement annulaire du rotor, tandis que l'autre stator 31 est situé radialement intérieurement par rapport aux aimants du rotor 20, dans un évidement central du rotor. Les stators 30 et 31 sont par exemple de type à bobinage concentré, chaque dent 33 recevant un enroulement individuel 32 dont l'axe est confondu avec celui de la dent. Bien entendu, on ne sort pas du cadre de la présente invention lorsque le stator 30 et/ou le stator 31 est à bobinage distribué. Les aimants permanents 24a et 24b interagissent respectivement avec les pôles des stators 30 et 31 définis par les dents 33. De préférence, les dents 33 des stators 30 et 31 sont dépourvues d'épanouissements polaires, ce qui permet la fixation des enroulements 32 en les engageant sur les dents 33, les enroulements étant réalisés à part. En variante, les dents d'un ou des stator(s) peuvent comporter des épanouissements polaires. Par ailleurs, les dents 33 des stators 30 et 31 peuvent comporter des encoches 35 à proximité de leur extrémité libre faisant face au rotor, comme illustré sur la figure 3, et les enroulements 32 peuvent être maintenus sur les dents par des cales amagnétiques non représentées, engagées dans ces encoches 35. Dans l'exemple décrit, les aimants du premier ensemble 24a et du deuxième ensemble 24b sont égaux en nombre et sont décalés angulairement d'un angle qui avoisine l'une ou l'autre des deux valeurs optimales qui sont it/(6Np) et it/(18Np), Np étant le nombre de pôles rotor. Un tel décalage permet de réduire les ondulations de couple. En variante les aimants disposés de part et d'autre du rotor peuvent ne pas être décalés angulairement. Dans l'exemple décrit, les pôles des deux stators ne sont pas décalés angulairement. Les deux stators peuvent être reliées électriquement en série ou encore être alimentés séparément. Chacun des stators comporte Nd dents, le rotor comportant Np pôles et le courant étant à m phases. Nd, Np et m sont liés par l'une ou l'autre des relations suivantes : Nd = n.m et Np=n(m�l) avec n entier pair ou Nd=Np/2.m Les freins 12 peuvent comporter des culasses qui présentent chacune des électro-aimants et des ressorts qui appliquent chacun, en l'absence de champ magnétique généré par l'électro-aimant, une armature contre le disque de frein 13. Des guides peuvent être prévus pour assurer le guidage en translation des armatures. Les freins 12 sont dans l'exemple décrit solidaires du flasque d'extrémité 17 du carter 16. Le disque de frein 13 se présente sous la forme d'une collerette extérieure du rotor, comme on peut le voir sur la figure 2. Un codeur 50 électro-optique ou à détection magnétique peut être monté à une extrémité de l'arbre du rotor pour détecter la rotation de celui-ci. Le rotor peut comporter des orifices de ventilation, ou au contraire en être dépourvu. En variante ou additionnellement, le refroidissement peut être assuré au moins partiellement par un ventilateur entraîné par un moteur indépendant. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple qui vient d'être décrit. En particulier, la machine peut être réalisée avec un seul frein ou avec un nombre de freins différent de celui de l'exemple illustré. Le cas échéant, la portion d'entraînement peut ne comporter qu'une seule gorge et ne recevoir qu'un seul câble. L'expression � comportant un � doit être comprise comme étant synonyme de 30 comportant au moins un, sauf si le contraire est spécifié. REVENDICATIONS 1. Machine électrique tournante (10) comportant : - un rotor (20) comportant des aimants permanents (24), et - deux stators (30, 31) disposés respectivement de part et d'autre du rotor, l'un (30) des stators étant disposé radialement à l'extérieur des aimants permanents et l'autre stator (31) étant disposé radialement à l'intérieur des aimants permanents. 2. Machine selon la revendication précédente, dans laquelle le rotor (20) comporte une portion d'entraînement (22) d'au moins un câble, la machine comportant au moins un frein (12) comportant un disque de frein (13) entraîné par le rotor, le disque de frein et la portion d'entraînement étant monoblocs. 3. Machine électrique tournante selon l'une des deux revendications précédentes, comportant plusieurs freins agissant sur un disque de frein entraîné par le 15 rotor et monobloc avec la portion d'entraînement. 4. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'un des stators (30) est disposé entre un disque de frein (13) et les aimants permanents (24) du rotor. 5. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, le 20 rotor (20) comportant des aimants (24) disposés en surface. 6. Machine selon la revendication précédente, dans laquelle les aimants sont fixés à une culasse du rotor par collage. 7. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le rotor (20) comporte une portion annulaire (23) entourant l'un des stators (31) et 25 disposée radialement à l'intérieur de l'autre stator (30). 8. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le rotor (20) présentant une surface cylindrique intérieure (28) et une surface cylindrique extérieure (27), les aimants permanents (24) étant disposés sur chacune de ces surfaces cylindriques intérieure et extérieure. 30 9. Machine selon la revendication précédente, dans laquelle les pôles définis par les aimants disposés sur la surface cylindrique intérieure (28) et ceux définis par les aimants disposés sur la surface cylindrique extérieure (27) sont décalés angulairement. 10. Machine selon la revendication précédente, dans laquelle l'écart angulaire avoisine l'une ou l'autre des deux valeurs optimales et qui sont it/(6Np) et it/(18Np), Np étant le nombre de pôles rotor 11. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle au moins l'un des stators (30, 31) comporte des dents portant des enroulements (32), les dents étant dépourvues d'épanouissements polaires. 12. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les stators ne sont pas décalés angulairement. 13. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le rotor comporte des trous dans lesquels sont disposés des tirants (26) destinés à maintenir des tôles rotoriques (25) portant les aimants permanents (24) du rotor. 14. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les enroulements (32) de l'un des stators ne sont pas reliés électriquement aux enroulements de l'autre stator. 15. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les enroulements (32) de l'un des stators sont reliés électriquement en série aux enroulements de l'autre stator. 16. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans 20 laquelle chacun des stators comporte une culasse réalisée d'un seul tenant avec les dents du stator correspondant. 17. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la portion d'entraînement (22) du rotor est pourvue d'au moins une gorge annulaire (28) pour l'entraînement d'au moins un câble. 25 18. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, constituant une machine synchrone.