Brevet FR3138015A1 — publié le 20240119

Machine électrique à flux magnétique axial comportant un rotor discoïde 40 agencé entre deux stators 10,20, caractérisée en ce qu’il possède un élément annulaire extérieur 41 en matériau conducteur d’électricité amagnétique pourvu d’une multitude de bâtons orientés radialement et un élément annulaire intérieur 42 en matériau composite isolant, surmoulé et lié à l’élément annulaire extérieur par des crans 41,d. Figure pour l’abrégé : Fig. 2 Machine électrique à flux magnétique axial asynchrone. DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION La présente invention concerne un moteur ou une génératrice électrique dite à flux magnétique axial comportant au moins un rotor discoïde et au moins un stator plat de forme annulaire à plusieurs bobines réparties radialement de manière régulière et dont l’axe est orienté parallèlement à celui du rotor. ETAT DE LA TECHNIQUE On connait deux concepts principaux : celui comportant un stator central et deux rotors latéraux, illustré par la publication GB 2482928, et à l’inverse celui comportant un rotor central agencé entre deux stators, illustré par la publication FR 3 064 422. Précisément, l’invention se rapporte au deuxième type. Les machines décrites dans ces publications sont de type synchrone, c’est-à-dire que les rotors portent des aimants permanents. PRESENTATION DE L’INVENTION La machine présentée ici est de type asynchrone. Selon sa caractéristique principale, le rotor a la forme d’un disque en deux parties : une partie annulaire extérieure en matériau amagnétique conducteur d’électricité, de type roue à bâtons ; une partie annulaire centrale en matériau non conducteur de préférence en composite chargé de fibre, surmoulée sur la partie annulaire extérieure. Selon une seconde caractéristique, la périphérie intérieure de la partie annulaire extérieure est cannelée pour la solidariser à la partie centrale et afin de permettre la transmission d’un couple élevé. DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION Ces caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : est une vue en coupe A-A de la machine complète. est une vue de face du disque du rotor. est une vue de face du stator droit assemblé. est la description de l’assemblage du stator droit. est la description du stator gauche. (6a et 6b) montre la circulation des courants induits dans le disque rotor. est vue en coupe et en éclaté des composants du rotor et son montage sur le stator gauche montre la circulation d’air autour des stators. La machine électrique présentée en coupe sur la est composée d’un bloc moteur contenu dans un carter enveloppe 70 et une plaque de fermeture 80. Le bloc moteur est constitué: du stator gauche 10 lié au carter 70 ; du stator droit 20 ; de la plaque entretoise 30 qui procure un espace axial précis entre les deux stators 10,20 ; du rotor discoïde 40 porté par un roulement 17 lui-même porté par le stator gauche 10 ; de la turbine 50 portée par le rotor 40 qui assure le refroidissement par une forte circulation d’air sur les faces arrière des stators 20 puis 10 ; du capteur de régime 60 dont la cible tournante est portée par la turbine. la machine est intégrée dans le carter 70 qui canalise l’air propulsé par la turbine 50. Ce carter est fermé par la plaque 80 qui supporte le capteur de régime 60 et un dispositif filtrant 90 en entrée de l’air de refroidissement. Le disque rotor 40 présenté sur la possède une structure annulaire extérieure 41 en matériau conducteur, par exemple en aluminium, elle-même composé d’un anneau extérieur 41,b d’un anneau intérieur 41,c reliés par une multitude de bâtons radiaux 41,a. L’anneau intérieur 41,b, dans sa périphérie intérieure, est pourvu de cannelures 41,d afin d’apporter une forte cohésion avec la seconde partie annulaire 42 en matériau composite isolant électrique. Cette partie annulaire 42 possède un diamètre 42,a lisse son centrage et des trous 42,b pour sa fixation et la transmission du couple de la machine. Le stator droit 20 présenté en vue de face sur la et en coupe sur la , a d’une structure support 21 en matériau amagnétique. Cette structure discoïde reçoit des plots statoriques 12 dont le nombre est à définir selon les caractéristiques recherchées de la machine (couple et vitesse de rotation maximale) Les plots statoriques 12 sont fixés, de préférence, par collage sur la face en contact avec la structure porteuse 21 et dans l’épaisseur de la toile de celle-ci. Ces plots sont en poudre composite magnétique douce « Soft Magnetic Composites ». Ce matériau offre des performances élevées et surtout de faibles pertes énergétiques par courant de Foucault. Le moyen d’obtention, la forme, l’agencement et le montage du plot permettent de réaliser de manière simple l’isthme entre deux plots consécutifs. Sur chaque plot statorique est rapporté une bobine 13, puis une culasse 14 en tôle enroulée en forme de couronne, de préférence collée sur chaque plot, vient boucler par l’arrière du stator le circuit magnétique entre les plots. La présente le stator gauche 10. Son principe de réalisation est du même type que celui du stator droit 20. Il comprend une structure support 11 en matériau amagnétique. Cette structure discoïde reçoit les mêmes des plots statoriques 12, les mêmes bobines 13 et aussi la même culasse 14. De plus, il possède un trou central dans lequel est rapporté l’axe 15. Il est emmanché avec serrage. Cet axe porte un roulement double à billes à contact oblique 17. Ce roulement étanche est lubrifié à la graisse. Les bagues intérieures 17,a et 17,b sont montées glissantes sur l’axe. Le maintien en contact axial de ces bagues par une rondelle 16,a et une vis 16,b garantit un fonctionnement du roulement sans jeu et en légère précharge. Cette précharge peut en effet être légère car tous les éléments étant en acier, ils suivent la même loi de dilatation. C’est un avantage pour le rendement de la machine. La bague extérieure est monobloc. Elle comprend une partie tubulaire 17,c1 dans laquelle sont réalisées les pistes des billes, et à l’extrémité proche de la structure support 11 un flanc discoïde 17,c2 portant des goujons soudés 17,d qui accueillent le disque du rotor. Le disque 40 agencé entre les deux stators 10,20 est soumis à des champs magnétiques circulant d’un stator à l’autre et de valeur alternative inversant de manière répétitive, et selon une fréquence variable, le sens du champ entre deux plots statoriques 12 en vis-à-vis. La montre la circulation des courants induits dans les bâtons 41,a alternativement vers le centre du disque et vers l’extérieur selon l’exposition au champ. Le bouclage des circuits électriques est assuré par les anneaux intérieurs 41c et extérieurs 41,b. Sur la figure 6a, tous les bâtons se situent entre deux plots statoriques et un courant , d’intensité non uniforme, circule dans chacun d’eux. Sur la figure 6b, un bâton sur cinq est en dehors de tout champ magnétique entre deux plots 12 consécutifs et ne voit pas de courant le traverser. L’avantage de la machine axiale en version asynchrone, par rapport à la machine à flux radial est qu’il n’est pas nécessaire de doter le rotor de tôles empilées servant à canaliser du champ magnétique. La contrepartie de la moindre efficacité de cette machine, par rapport à sa version synchrone est que le rotor sera beaucoup plus léger, moins inerte et sensiblement moins couteux puisque simple en réalisation et sans terres rares. La est une vue en coupe et en éclaté des composants du rotor 40 et son assemblage sur le stator gauche 10. Le moyeu 43 comporte: un flasque cylindrique 43,a qui sert d’appui sur la face 43,a1 à la partie annulaire 42 non conductrice du disque rotor 40; un diamètre d’accueil et de centrage du disque 43,b en correspondance avec le trou central 42,b du disque 40; un diamètre intérieur 43,c de centrage sur le roulement 17; un diamètre intérieur cannelé 43,d qui transmet le couple et le mouvement à une transmission de type réducteur ou boîte de vitesses; un opercule 44 ferme la zone cannelée ; enfin des écrous 45 mettent en pression le disque 40 sur le moyeu 43, pour une transmission du couple par adhérence. Ce bloc moteur, équipé de plots statoriques en « Soft Magnetic Composites », aura des pertes par courants de Foucault faibles. Aussi il est proposé un refroidissement par air à l’aide d’une turbine 50 fixée sur le rotor à proximité du stator droit, agencée à l’intérieur de l’enveloppe que constituent les carters 70,80. La montre la circulation d’air autour des stators. La turbine est alimentée en son centre. Elle expulse l’air par centrifugation (ce qui crée une dépression au centre). L’alimentation est réalisée à partir d’une ouverture pratiquée dans la plaque de fermeture 80 fermée par un filtre 90. La surpression en périphérie de la turbine refoule l’air autour du bloc moteur et s’évacue par l’ouverture pratiquée dans le carter 70 en zone centrale. L’air en permanence renouvelé balaie la surface arrière de la culasse droite puis celle de la culasse gauche. Machine électrique à flux magnétique axial comportant un rotor 40 agencé entre deux stators 10,20, caractérisée en ce que le disque rotor possède un élément annulaire extérieur 41 en matériau conducteur d’électricité amagnétique et un élément annulaire intérieur 42 en matériau composite isolant. Machine électrique à flux magnétique axial, selon la revendication 1 caractérisée en ce que l’élément annulaire extérieur 41 possède une multitude de bâtons radiaux 41a, reliés par un anneau extérieur 41,b et par un anneau intérieur 41,c Machine électrique à flux magnétique axial selon la revendication 1 caractérisée en ce que l’élément annulaire intérieur 42, en matériau composite chargé de fibre, rapporté par surmoulage sur l’élément annulaire extérieur 41 a une liaison par crans 41,d.