Brevet FR3148688A1 — publié le 20241115

Machine électrique à flux magnétique axial comprenant un rotor central 40, et deux stators 10,20 latéraux identiques montés en miroir sur une plaque entretoise centrale 30, l’ensemble étant agencé à l’intérieur d’un carter 70 fermé par un couvercle 80 créant ainsi une chambre isolée de circulation de l’air, l’entretoise possédant en périphérie extérieure plusieurs oreilles de fixation 30a, permettant la circulation de l’air entre les stators et le carter, caractérisée en ce que le rotor entraine deux turbines à air 60. Figure pour l’abrégé : Fig. 4 Dispositif de refroidissement à air pour rotor de machine électrique à flux magnétique axial. 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 à plusieurs plots d’aimants permanents et au moins un stator plat de forme annulaire à plusieurs bobines réparties radialement de manière régulière et dont l’axe de chacune d’elles 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 GB2482928, et à l’inverse celui comportant un rotor central agencé entre deux stators, illustré par la publication FR3064422. L’invention se rapporte au deuxième type. Dans ce concept, le rotor est confiné entre les stators. S’il y a un échauffement excessif généré principalement par les courants de Foucault, les aimants peuvent perdre leurs caractéristiques magnétiques lorsque la température dépasse une valeur critique. De plus, l’échauffement par rayonnement des stators peut encore augmenter la température du rotor. La solution proposée dans la publication FR3110767 pour atténuer l’échauffement est la très forte segmentation des blocs d’aimants. Les courants de Foucault sont alors drastiquement réduits. Dans le premier type, où le stator est central et les rotors disposés de part et d’autre, le refroidissement est réalisé à l’aide de deux moyens différents. le premier se rapportant au stator, décrit dans la publication WO2010092403, fait appel à la circulation d’un liquide au contact direct des bobinages qui génèrent le plus de perte par effet Joules. Le second se rapportant aux rotors, décrit dans la publication US10630157, fait appel à une circulation d’air sur la face extérieure des rotors, celle opposée aux aimants, forcée par des aubages, et en provenance de l’extérieur de la machine. Il n’y a pas de circulation d’air dans les entrefers. Dans la publication FR2999359 le moyen de refroidissement déployé est un échange par conduction entre le liquide de refroidissement, parcourant un réseau dans chaque culasse supportant chacune un stator. En ce qui concerne le rotor, Il n’y a pas de dispositif de refroidissement Or, la capacité de refroidissement détermine la puissance continue de la machine. Pour améliorer le refroidissement, il faut faire en sorte que les sources de chaleur, l’effet Joules dans les bobinages, les courants de foucault entraînant des pertes fer dans le stator et dans les aimants du rotor, soient en contact direct avec le flux d’un fluide de refroidissement, qu’il soit liquide ou gazeux. PRESENTATION DE L’INVENTION l’objet de cette invention est de proposer un dispositif de refroidissement du disque rotor par un flux d’air forcé. Selon une première caractéristique, l’entretoise portant les deux stators : est agencée à l’intérieur d’un carter fermé par un couvercle afin de créer une chambre isolée de circulation de l’air; possède en périphérie extérieure plusieurs oreilles de fixation; permet la circulation de l’air entre les stators et le carter. Selon une seconde caractéristique, la bague extérieure tournante du roulement de guidage du rotor est aménagée pour porter une première turbine, forçant la circulation de l’air dans l’entrefer de gauche. Selon une troisième caractéristique, le moyeu du rotor porte une seconde turbine identique à la première, montée de manière inversée pour forcer la circulation de l’air dans l’entrefer de droite. Selon une autre caractéristique, le circuit parcouru par l’air forcé par chaque turbine est celui-ci : cheminement radial de l’air dans l’entrefer, du centre vers l’extérieur; expulsion de l’air par des ouvertures en périphérie : embrèvements réalisés dans les carcasses et dans l’entretoise centrale; contournement des stators dans l’espace avec le carter; cheminement radial de l’air chaud entre les faces des carters et des couvercles des stators qui jouent le rôle d’échangeur. 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 de face de la carcasse du stator droit définissant une coupe A-A de la machine. est une vue de face de la carcasse du stator gauche définissant une coupe B-B de la machine. est une vue en coupe de la machine complète selon la coupe A-A du stator droit et B-B du stator gauche, permettant la description de la machine. est la même vue en coupe de la machine complète, décrivant la circulation de l’air dans chaque entrefer, et autour de chaque stator. La carcasse 21 présentée en vue de face sur la est celle du stator droit. Elle est en matériau composite et est formée de trois parties : une couronne extérieure 21e s’étendant axialement vers l’arrière, une couronne intérieure 21i s’étendant également vers l’arrière et les liaisons radiales 21r. sur la couronne extérieure 21e nous avons différentes excroissances : 21fe correspond aux points de fixation sur l’entretoise centrale 30 de la machine; 21d correspond aux douilles de positionnement par rapport à l’entretoise 30 et la carcasse opposée 11; 21la et 21le correspondent à l’alimentation et l’évacuation du liquide de refroidissement du stator droit 20. 21f est une ouverture dans l’épaisseur de la couronne extérieure 21e pour le passage des conducteurs électriques des phases. sur la couronne intérieure 21i nous avons différents aménagements: 21fc correspond aux points de fixation du couvercle 26 fermant la chambre de circulation du liquide de refroidissement; 21b correspond à des échancrures facilitant le passage de l’air de refroidissement du disque rotor; 21a correspond à des zones d’allègement de la carcasse. la zone 21r de raccordement des couronnes extérieure 21e et intérieure 21i apparait sous la forme de bâtons car cette zone radiale possède des ouvertures trapézoïdales 21p1 d’accueil des plots statoriques 12. Sur le pourtour de chaque ouverture, nous avons une extension 21p2 vers l’arrière qui entoure le plot statorique et forme avec celui-ci des canaux 21p3 longitudinaux qui seront au cours du process d’assemblage, remplis de colle pour renforcer la liaison des plots 12 avec la carcasse en complément du cordon 12b autour de la tête du plot. Ces extensions 21p2 sont aussi les supports isolants des bobines 13. la carcasse 11 présentée en vue de face sur la est celle du stator gauche. Elle est symétrique à la carcasse 21 à un écart près qui est un décalage angulaire de quelques degrés des points de fixation 11fe sur l’entretoise de manière que les longueurs de filetage en prise soient suffisantes sans que l’entretoise ait une épaisseur importante. l’épaisseur de l’entretoise 30 correspond à la somme des épaisseurs des entrefers 40a et du disque rotor 41. Ainsi la carcasse 11, tout comme la carcasse 21, est en matériau composite et est formée de trois parties : une couronne extérieure 11e s’étendant axialement vers l’arrière, une couronne intérieure 11i s’étendant également vers l’arrière et les liaisons radiales 11r. Sur la couronne extérieure 11e nous avons différentes excroissances : 11fe correspond aux points de fixation sur l’entretoise centrale 30 de la machine; 11d correspond aux douilles de positionnement par rapport à l’entretoise 30 et la carcasse opposée 21; 11la et 11le correspondent à l’alimentation et l’évacuation du liquide de refroidissement du stator gauche 10. 11f est une ouverture dans l’épaisseur de la couronne extérieure 11e pour le passage des conducteurs électriques des phases. sur la couronne intérieure 11i nous avons différents aménagements : 11fc correspond aux points de fixation du couvercle 16 fermant la chambre de circulation du liquide de refroidissement; 11b correspond à des échancrures facilitant le passage de l’air de refroidissement du disque rotor; 11a correspond à des zones d’allègement de la carcasse. la zone 11r de raccordement des couronnes extérieure 11e et intérieure 11i apparait sous la forme de bâtons car cette zone radiale possède des ouvertures trapézoïdales 11p1 d’accueil des plots statoriques 12. Sur le pourtour de chaque ouverture, nous avons une extension 11p2 vers l’arrière qui entoure le plot statorique et forme avec celui-ci des canaux 11p3 longitudinaux qui seront au cours du process d’assemblage, remplis de colle pour renforcer la liaison des plots 12 avec la carcasse en complément du cordon 12b autour de la tête du plot. Ces extensions 11p2 sont aussi les supports isolants des bobines 13. La machine présentée sur la est pour la partie droite une coupe A-A telle que précisée sur la et pour la partie gauche une coupe B-B telle que précisée sur la La machine est composée d’un bloc moteur agencé dans un carter enveloppe 70 et une plaque de fermeture 80. Le bloc moteur est essentiellement constitué: du stator droit 20 lié à l’entretoise 30 à l’aide des vis 17 traversant le prolongement extérieur 21e de la carcasse 21; du stator gauche 10, miroir du droit, lié de la même manière à l’entretoise 30 par les vis 17 (non représentées car décalées angulairement) traversant le prolongement extérieur 11e de la carcasse 11; de la plaque entretoise centrale 30, comportant plusieurs excroissances périphérique 30a, pour être fixée par les vis 31 au carter 70; du rotor discoïde 40 soutenu par un roulement unique à double rangée de billes 50, porté par l’axe 52 emmanché dans le carter 70. les stators 10,20 comprennent les carcasses 11,21 décrites précédemment en matériau composite. Elles portent les plots statoriques 12 en tôles empilées dont un exemple de profil 12a est représenté sur et . La face (fonctionnelle) des plots statoriques 12 en vis-à-vis du disque rotor 41, est, par le process d’assemblage, unique pour l’ensemble des plots et commune avec le plan d’appui des carcasses 11,21 sur l’entretoise 30. Cela confère une grande précision à l’espace axial alloué au disque rotor 40 dans la précision des entrefers. Après cet assemblage précis des plots statoriques 12 avec les carcasses 11,21: les bobines 13 sont posées; les extrémités des berceaux 14 des bobines. les berceaux 11p2,21p2 sont intégrés aux carcasses pour la partie principale; les carcasses 15, en tôles enroulées, sont rapportées, de préférence par collage; les couvercles 16,26 peuvent alors être posés et fixés à l’aide des vis 18. L’élément complémentaire aux stators pour former la machine électrique est le rotor 40. Il est constitué: du disque 41, comprenant 3 parties distinctes : une structure porteuse 41,a en forme de «soleil» car composée d’une partie centrale discoïde, d’où partent plusieurs branches radiales. Cette structure peut être en matériau amagnétique ou composite de résine chargée en fibres; de plusieurs secteurs d’aimants 41,b chacun, logé chacun entre deux branches, pouvant être monobloc ou segmenté. Ils sont collés à la structure «soleil» 41a; d’un «cerclage» 41,c appelé aussi frette pour contrer la centrifugation des aimants; du moyeu 42; du roulement 50, muni d’une collerette 50a. Le moyeu 42 et le disque 41 sont centrés sur la bague extérieure du roulement 50 et ces trois éléments sont solidarisés par les vis 51. Le roulement 50 est : porté par l’axe 52, emmanché dans le carter 70; positionné axialement par la rondelle 53 d’équilibrage des entrefers, dont la détermination de l’épaisseur est simple, mais pas exposée ici; bloqué axialement par la rondelle 54 et la vis 55; monté, grâce au préréglage du contact des bagues intérieures, sans jeu dans les corps roulants et en légère précharge. Le moyeu 42 transmet à un réducteur ou une transmission le mouvement de rotation et le couple. Il peut en retour, par l’intermédiaire des cannelures, si elles sont taillées directement dans sa masse, subir des influences extérieures, c’est-à-dire mouvement et effort axiaux risquant de perturber l’équilibre des entrefers 40a, préjudiciables au fonctionnement de la machine et à la fiabilité du disque rotor 41. En effet, Les stators et le rotor, ne sont pas directement solidaires et ne forment pas un bloc qui serait insensible aux influences extérieures. Pour obtenir un découplage axial, il faut un très faible coefficient de frottement. Cela est obtenu en intercalant entre le corps du moyeu 42 et les cannelures une coulisse à billes 43 . Cette coulisse à billes 43 est constituée de plusieurs rangées de billes, par exemple 8, répartie régulièrement radialement. Les billes sont positionnées axialement par la douille 44. Les pistes extérieures 42a des billes sont taillées dans le moyeu 42. Les pistes intérieures 45a, sont taillées extérieurement au manchon 45 munis intérieurement des cannelures 45b. La douille 44 de maintien des billes est arrêtée axialement à gauche par le flasque 46 et à droite par la rondelle 47 et l’anneau d’arrêt 48. Le moyeu porte également la cible 93 du resolver, bloquée axialement par la rondelle 94, montée serrée. Le resolver proprement dit 91 est porté par le couvercle 80 auquel il est fixé par les vis 92. Une mise à la masse 56, montée dans le moyeu et en contact avec la rondelle 54, protège d’éventuels courants parisites pouvant endommager le roulement 50, les billes 43 et les pistes 42a, 45a de la coulisse. Le couvercle 80 est fixé sur le carter 70 à l’aide des vis 81. L’ensemble de la machine est fixé à une transmission (réducteur ou boîte de vitesses) à l’aide des vis 82. La présente la circulation de l’air de refroidissement du disque rotor sur la base de la Une turbine à air 60, pour le stator gauche est montée sur un support 61 emmanchée sur une excroissance 50b du roulement 50. Elle force la circulation de l’air, du centre vers la périphérie, dans l’entrefer 40a entre les plots statoriques 12 du stator 10 et le disque rotor 41. Une turbine à air 60,identique, est montée, de manière symétrique sur le moyeu 42. Ainsi, elle force la circulation de l’air, du centre vers la périphérie, dans l’entrefer 40a entre les plots statoriques 12 du stator 20 et le disque rotor 41. L’air exécute en boucle le parcours 62. Poussé dans la turbine 60, selon le parcours 60a, l’air passe dans l’entrefer 40a selon le parcours 62b. Puis par des ouvertures 21h, 11h, sort en dehors de l’entrefer. l’air, dans la chambre constituée par le carter 70 et le couvercle 80, contourne les stators 20,10 selon le parcours 62c. Ensuite, il longe les couvercles 26,16 selon le parcours 62d. Ces derniers sont refroidis par le liquide de refroidissement du stator. Leurs rainures radiales 26a,16a, augmentent la surface d’échanges avec l’air. Enfin l’air contourne la partie basse des stators selon le parcours 62e et repasse dans la turbine 60. L’air peut également sortir de l’entrefer par une réduction locale d’épaisseur 30b de la plaque entretoise centrale. Machine électrique à flux magnétique axial comprenant un rotor central 40, et deux stators 10,20 latéraux identiques montés en miroir sur une plaque entretoise centrale 30, l’ensemble étant agencé à l’intérieur d’un carter 70 fermé par un couvercle 80 créant ainsi une chambre isolée de circulation de l’air, l’entretoise possédant en périphérie extérieure plusieurs oreilles de fixation 30a, permettant la circulation de l’air entre les stators et le carter, caractérisée en ce que le rotor entraine deux turbines à air 60. Machine électrique à flux magnétique axial, selon la revendication 1 caractérisée en ce que la turbine 60 pour la circulation de l’air dans l’entrefer 40a entre le stator à droite 20 et le disque rotor 41 est porté par le moyeu 42 du rotor. Machine électrique à flux magnétique axial, selon la revendication 1 caractérisée en ce que la la turbine 60 pour la circulation de l’air dans l’entrefer 40a entre le stator à gauche 10 et le disque rotor 41 est monté sur un support 61 porté par un aménagement 50b sur la bague extérieure tournante du roulement 50. Machine électrique à flux magnétique axial, selon l’une des revendications précédentes caractérisée en ce que les deux turbines 60 sont identiques et montées symétriquement et de manière à souffler l’air vers l’entrée de l’entrefer 40a la plus proche de l’axe de rotation. Machine électrique à flux magnétique axial, selon l’une des revendications précédentes caractérisée en ce que l’air circule dans chaque entrefer 40a du centre vers le plus grand diamètre et est expulsé par des embrèvements locaux dans les carcasses 11h,21h formant des passages avec l’entretoise 30. Machine électrique à flux magnétique axial, selon l’une des revendications précédentes caractérisée en ce que l’air circule dans l’entrefer 40a du centre vers le plus grand diamètre et est expulsé par des par des embrèvements locaux 30b dans l’entretoise 30 formant des passages avec les carcasses 11,21. Machine électrique à flux magnétique axial, selon l’une des revendications précédentes caractérisée en ce que les circuits de refroidissement pour l’entrefer 40a avec le stator 10, et pour l’entrefer 40a avec le stator 20 sont indépendants. Machine électrique à flux magnétique axial, selon l’une des revendications précédentes caractérisée en ce que l’air, pour l’un et l’autre des entrefers 40a parcourt la boucle 62 suivante: poussé dans la turbine 60, selon le parcours 60a; l’air passe dans l’entrefer 40a, du centre vers l’extérieur, selon le parcours 62b; par des embrèvements 21h, 11h, 30b sort de l’entrefer; l’air, dans la chambre constituée par le carter 70 et le couvercle 80, contourne les stators 20,10 selon le parcours 62c. il longe les couvercles 26,16 selon le parcours 62d. Enfin l’air contourne la partie basse des stators selon le parcours 62e et repasse dans la turbine 60.