Brevet FR3117702A1 — publié le 20220617

Moteur électrique à flux axial L’invention concerne un moteur électrique à flux axial (1), comportant : au moins deux rotors (3) liés chacun à un arbre rotatif (4, 5) du moteur, ces arbres étant agencés pour pouvoir tourner l’un indépendamment de l’autre autour d’un axe de rotation commun, formant ainsi deux étages de rotor, un ensemble statorique (10) comprenant deux stators (11, 12) associés chacun à l’un de ces rotors pour développer un couple servant à faire tourner l’arbre lié à ce rotor. Figure pour l’abrégé : Figure 1 Moteur électrique à flux axial La présente invention concerne un moteur électrique à flux axial. On connait par le brevet US2013049512 un générateur synchrone à flux axial pour générateurs d'éoliennes, comprenant un arbre couplé pour recevoir de l'énergie avec un appareil de génération d'énergie pour l'éolienne; un rotor couplé de façon rotative à l'arbre et ayant des faces supérieure et inférieure en forme de disque fixées avec une pluralité d'aimants permanents. L’invention vise à améliorer les moteurs électriques à flux axiaux. L’invention a ainsi pour objet un moteur électrique à flux axial, comportant : au moins un stator, au moins deux rotors liés chacun à un arbre rotatif du moteur, ces arbres étant agencés pour pouvoir tourner l’un indépendamment de l’autre autour d’un axe de rotation commun, formant ainsi deux étages de rotor, un ensemble statorique comprenant deux stators associés chacun à l’un de ces rotors pour développer un couple servant à faire tourner l’arbre lié à ce rotor. L'invention utilise ainsi un moteur électrique à flux axial à deux étages. Les deux rotors peuvent ainsi être dissociés et chacun peut se voir attribuer un sens de rotation et une vitesse. Ils peuvent être contrôlés indépendamment et leur puissance peut être ajustée. Ils peuvent être conçus en fonction de leurs besoins respectifs, c'est-à-dire que leurs diamètres, tailles, caractéristiques peuvent être différents. Il est également possible d'augmenter le nombre d'étages, en ayant plusieurs rotors reliés sur le même arbre, et pour le deuxième étage plusieurs autres rotors. Le nombre de stator doit être adapté en conséquence. Chaque stator ou rotor peut utiliser soit l'une de ses faces, soit les deux, comme on va le voir ci-dessous. L’un des étages de rotor forme avec un étage de stator, ou étage statorique, un étage du moteur électrique. Du point de vue moteur l’invention permet notamment une haute densité de puissance, des étages indépendants dont la puissance peut être réglée par conception au dimensionnement ou en fonctionnement avec la vitesse de rotation; une simplicité dans l'agencement du rotor et du stator, qui peuvent être assemblés en fin de montage, lorsque les pièces sont bobinées séparément (bobinage et dent peuvent être réalisés séparément et montés sur un carter). L’invention permet aussi que la masse peut être optimisée, notamment parce que il n'y a pas besoin d'un boîtier extérieur en matériau magnétique. D'un point de vue mécanique, l’invention permet un seul axe qui supporte tous les éléments rotatifs. L’invention permet également que toutes les pièces externes n'ont pas de fonction magnétique ou mécanique et peuvent être constituées de matériaux simples avec de faibles tolérances: Le montage est simplifié, seul l'axe doit être usiné avec précision. Selon l’un des aspects de l’invention, l’un des arbres est creux en formant une cavité centrale et l’autre arbre s’étend au moins partiellement dans cette cavité centrale. Selon l’un des aspects de l’invention, un ou plusieurs roulements, notamment des roulements à billes ou à aiguilles, sont disposés dans la cavité centrale, entre les deux arbres, de sorte à permettre une rotation indépendante des deux arbres. Selon l’un des aspects de l’invention, une pluralité de roulements sont prévus, de manière concentrique et espacée le long de l’axe de rotation de l’arbre qui est dans la cavité centrale. Selon l’un des aspects de l’invention, chaque arbre est par exemple lié à des pales qui doivent être mises en rotation, ces pales formant notamment une hélice. Selon l’un des aspects de l’invention, l’ensemble statorique comporte un plateau qui porte sur chacune de ses deux faces un bobinage statorique qui est en interaction électromagnétique avec respectivement chacun des rotors, chaque rotor faisant face à l’un des bobinages de manière à générer le couple qui fait tourner l’arbre du rotor associé. Selon l’un des aspects de l’invention, chaque bobinage comporte par exemple un ou plusieurs fils électriques bobinés sur des dents du stator. Selon l’un des aspects de l’invention, chaque rotor comporte des aimants permanents définissant des pôles électromagnétiques qui coopèrent avec le rotor associé pour générer un couple moteur pour l’arbre du fait de la présence d’un champ électromagnétique à flux axial. Selon l’un des aspects de l’invention, l’ensemble statorique comporte au moins deux étages statoriques, ces étages étant chacun associé à l’un des rotors et comportant un plateau portant le bobinage qui est distinct d’un plateau portant le bobinage associé à l’autre rotor. Selon l’un des aspects de l’invention, chaque étage statorique comporte au moins deux plateaux portant des bobinages agencés pour générer avec le rotor associé des flux axiaux. Selon l’un des aspects de l’invention, l’un des rotors comporte plusieurs roues de rotor portant chacun un jeu d’aimants, chaque jeu d’aimants étant associé à l’un des bobinages d’un étage statorique pour générer un flux axial. Par exemple l’un des étages statorique comporte 3 plateaux portant au total 4 bobinages coopérant avec deux roues du rotor, chaque roue étant placé axialement entre deux bobines de stator. Par exemple l’autre des étages statorique comporte également 3 plateaux portant au total 4 bobinages coopérant avec deux roues du rotor, chaque roue étant placé axialement entre deux bobines de stator. Selon l’un des aspects de l’invention, les roues de rotor et les plateaux de stator sont tous disposés de manière concentrique et transversalement à l’axe de rotation. Selon l’un des aspects de l’invention, le moteur comporte un carter et les stators sont tous maintenus à l’intérieur ou sur ce carter. Selon l’un des aspects de l’invention, les aimants des rotors sont des aimants permanents. Selon l’un des aspects de l’invention, le moteur comporte une électronique de contrôle agencée pour contrôler la rotation des rotors, notamment des mises en rotation indépendantes des rotors. Les rotations peuvent par exemples se faire à des vitesses différentes, et/ou avec un démarrage simultanément ou en décalé, au choix du contrôle. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description détaillée donnée ci-après, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels : est une vue schématique d’un moteur selon un exemple de l’invention, représente schématiquement et partiellement un moteur selon un autre exemple de réalisation de l’invention. On a représenté sur la un moteur électrique à flux axial 1 qui comportant deux rotors 3 liés chacun à un arbre 4 ; 5 rotatif du moteur, ces arbres 4 et 5 étant agencés pour pouvoir tourner l’un indépendamment de l’autre autour d’un axe de rotation commun X, formant ainsi deux étages 6 de rotor. Le moteur 1 comprend également un ensemble statorique 10 comprenant deux stators 11, 12 associés chacun à l’un de ces rotors pour développer un couple servant à faire tourner l’arbre lié à ce rotor. De manière générale, dans un moteur à flux axial, la direction du champ magnétique est parallèle à l'axe de rotation du moteur. Les fils conducteurs des bobinages parcourus par le courant électrique sont, eux, disposés radialement. Le rotor comprend des aimants permanents 13 dont la magnétisation et la disposition permettent de créer un champ magnétique alternatif dans la direction axiale X. Le sens de la magnétisation est alterné entre deux pôles successifs. Le nombre de fois où le sens de la magnétisation est inversé au cours d'une rotation complète du rotor est appelé nombre de pôles. Ce nombre étant pair, on dit que le moteur possède 2p pôles, p étant un nombre 15 entier. Le stator 11, 12 comporte des enroulements ou bobinages 16 permettant aux conducteurs de traverser l'entrefer 14 formé par le rotor, et ainsi de générer un couple lorsqu'ils sont traversés par un courant électrique. L’arbre 5 est creux en formant une cavité centrale 17 et l’autre arbre 4 s’étend au moins partiellement dans cette cavité centrale 17. Plusieurs roulements 18, notamment des roulements à billes ou à aiguilles, sont disposés dans la cavité centrale 17, entre les deux arbres 4 et 5, de sorte à permettre une rotation indépendante des deux arbres. Une pluralité de roulements 18 sont prévus, de manière concentrique et espacée le long de l’axe de rotation X de l’arbre qui est dans la cavité centrale17. Chaque arbre 4 et 5 est par exemple lié à des pales qui doivent être mises en rotation, ces pales formant notamment une hélice. L’ensemble statorique 10 comporte un plateau 19 qui porte sur chacune de ses deux faces un bobinage statorique 16 qui est en interaction électromagnétique avec respectivement chacun des rotors, chaque rotor faisant face à l’un des bobinages de manière à générer le couple qui fait tourner l’arbre du rotor associé. Chaque bobinage 16 comporte par exemple un ou plusieurs fils électriques bobinés sur des dents du stator. Chaque rotor 3 comporte des aimants permanents 13 définissant des pôles électromagnétiques qui coopèrent avec le rotor associé pour générer un couple moteur pour l’arbre du fait de la présence d’un champ électromagnétique à flux axial. Dans l’exemple de réalisation de la , l’ensemble statorique comporte au moins deux étages statoriques 20 et 21, ces étages étant chacun associé à l’un des rotors et comportant des ensembles 22 et 23 de plateaux respectivement portant le bobinage qui est distinct d’un plateau portant le bobinage associé à l’autre rotor. Chaque étage statorique 20, 21 comporte au moins deux plateaux portant des bobinages agencés pour générer avec le rotor associé des flux axiaux. L’un des rotors comporte plusieurs roues 26 de rotor portant chacun un jeu d’aimants, chaque jeu d’aimants étant associé à l’un des bobinages d’un étage statorique 20 pour générer un flux axial. Par exemple l’un des étages statorique 20 comporte 3 plateaux portant au total 4 bobinages coopérant avec deux roues 26 du rotor, chaque roue étant placé axialement entre deux bobines de stator. Par exemple l’autre des étages statorique 21 comporte également 3 plateaux 23 portant au total 4 bobinages coopérant avec deux roues du rotor, chaque roue étant placé axialement entre deux bobines de stator. Les roues 26 de rotor et les plateaux 22, 23 de stator sont tous disposés de manière concentrique et transversalement à l’axe de rotation. Le moteur comporte un carter 30 et les stators sont tous maintenus à l’intérieur ou sur ce carter 30. Les aimants des rotors sont des aimants permanents. Le moteur comporte une électronique de contrôle 31 agencée pour contrôler la rotation des rotors, notamment des mises en rotation indépendantes des rotors. Les rotations peuvent par exemples se faire à des vitesses différentes, et/ou avec un démarrage simultanément ou en décalé, au choix du contrôle. Moteur électrique à flux axial (1), comportant : au moins deux rotors (3) liés chacun à un arbre rotatif (4, 5) du moteur, ces arbres étant agencés pour pouvoir tourner l’un indépendamment de l’autre autour d’un axe de rotation commun, formant ainsi deux étages de rotor, un ensemble statorique (10) comprenant deux stators (11, 12) associés chacun à l’un de ces rotors pour développer un couple servant à faire tourner l’arbre lié à ce rotor. Moteur selon la revendication précédente, dans lequel l’un des arbres (5) est creux en formant une cavité centrale (17) et l’autre arbre s’étend au moins partiellement dans cette cavité centrale. Moteur selon la revendication précédente, dans lequel un ou plusieurs roulements (18), notamment des roulements à billes ou à aiguilles, sont disposés dans la cavité centrale, entre les deux arbres, de sorte à permettre une rotation indépendante des deux arbres. Moteur selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’ensemble statorique comporte un plateau (10) qui porte sur chacune de ses deux faces un bobinage statorique qui est en interaction électromagnétique avec respectivement chacun des rotors, chaque rotor faisant face à l’un des bobinages de manière à générer le couple qui fait tourner l’arbre du rotor associé. Moteur selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’ensemble statorique comporte au moins deux étages statoriques (20, 21), ces étages étant chacun associé à l’un des rotors et comportant un plateau portant le bobinage qui est distinct d’un plateau portant le bobinage associé à l’autre rotor. Moteur selon la revendication précédente, dans lequel chaque étage statorique comporte au moins deux plateaux portant des bobinages agencés pour générer avec le rotor associé des flux axiaux. Moteur selon la revendication précédente, dans lequel l’un des rotors comporte plusieurs roues (26) de rotor portant chacun un jeu d’aimants, chaque jeu d’aimants étant associé à l’un des bobinages d’un étage statorique pour générer un flux axial. Moteur selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le moteur comporte un carter et les stators sont tous maintenus à l’intérieur ou sur ce carter. Moteur selon l’une des revendications précédentes, dans lequel il comporte une électronique de contrôle agencée pour contrôler la rotation des rotors, notamment des mises en rotation indépendantes des rotors.