Brevet FR3154880A1 — publié le 20250502

La présente invention concerne un rotor (1, 1’) à griffe pour machine électrique tournante à flux axial (10), ledit rotor (1, 1’) comprenant : - une première (3a) et une deuxième (3b) roues polaires configurées pour être assemblées entre elles pour former un noyau (11), ledit noyau (11) étend configuré pour s’étendre autour d’un arbre central de la machine électrique tournante (10), lesdites première (3a) et deuxième (3b) roues polaires comprenant une pluralité de griffes (5) s’étendant radialement autour du noyau (11), - au moins une bobine (13) configurée pour être disposée autour du noyau (11) et pour être alimentée pour former une source d’excitation de la machine électrique tournante (10). Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Rotor à griffe pour machine électrique tournante à flux axial et machine électrique tournante associée La présente invention fait partie du domaine des machines électriques tournantes ou moteurs à flux axial, c’est-à-dire dans lesquels le flux magnétique circule axialement entre le(s) stator(s) et le(s) rotor(s). Les machines à flux axial sont intéressantes, notamment dans les véhicules électriques ou hybrides, du fait de leur densité énergétique permettant d’obtenir un moteur ayant un encombrement réduit et un couple important. Cependant, afin d’obtenir des puissances importantes avec de telles machines, il convient d’utiliser un ou des rotor(s) ayant une quantité importante d’aimants permanents ce qui rend leur fabrication onéreuse. Il convient donc de trouver une solution permettant d’obtenir un rotor d’une machine électrique tournante à flux axial dont le coût est réduit. A cet effet, la présente invention concerne un rotor à griffe pour machine électrique tournante à flux axial, ledit rotor comprenant : - une première et une deuxième roues polaires configurées pour être assemblées entre elles pour former un noyau, ledit noyau étend configuré pour s’étendre autour d’un arbre central de la machine électrique tournante, lesdites première et deuxième roues polaires comprenant une pluralité de griffes s’étendant radialement autour du noyau, - au moins une bobine configurée pour être disposée autour du noyau et pour être alimentée pour former une source d’excitation de la machine électrique tournante. Un tel rotor permet d’obtenir une source d’excitation réalisée par une bobine ce qui permet de réduire le coût du rotor du fait de l’absence ou de la quantité moindre d’aimants permanents nécessaires. Selon un autre aspect de la présente invention, le rotor comprend également une pluralité d’aimants permanents disposés entre les griffes de la première et de la deuxième roues polaires, les aimants permanents s’étendant radialement autour de la, au moins une, bobine pour former une source d’excitation additionnelle de la machine électrique tournante. Selon un autre aspect de la présente invention, le noyau est formé par la première ou la deuxième roues polaires. Selon un autre aspect de la présente invention, le noyau est formé par un premier demi-noyau associé à la première roue polaire et un deuxième demi-noyau associé à la deuxième roue polaire. Selon un autre aspect de la présente invention, les griffes de la première ou de la deuxième roue polaire présentent au moins un chanfrein magnétique ce qui permet d’améliorer l’acoustique du rotor. Selon un autre aspect de la présente invention, la première et la deuxième roues polaires sont réalisées en matériau ferromagnétique. Selon un autre aspect de la présente invention, la première et/ou la deuxième roue polaires est un élément monobloc et non un laminât de tôles ce qui permet de simplifier la fabrication et donc de réduire le coût du rotor. La présente invention concerne également une machine électrique tournante à flux axial comprenant au moins un rotor tel que décrit précédemment. Selon un autre aspect de la présente invention, la machine électrique tournante comprend un rotor central et deux stators disposés axialement de part et d’autre du rotor central. Selon un autre aspect de la présente invention, le rotor comprend une ou plusieurs roues polaires additionnelles, comme par exemple un ensemble comprenant deux premières roues polaires accolées et deux deuxièmes roues polaires, pour permettre une interaction avec les deux stators. Selon un autre aspect de la présente invention, la machine électrique tournante comprend deux rotors disposés axialement de part et d’autre d’un stator central. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : FIG. 1 représente une vue schématique en perspective d’un rotor à griffe selon un mode de réalisation de la présente invention ; FIG. 2 représente une vue schématique éclatée du rotor de la FIG. 1 ; FIG. 3 représente une vue schématique en perspective d’une première roue polaire du rotor de la FIG. 1 ; FIG. 4 représente une vue schématique en perspective d’une deuxième roue polaire du rotor de la FIG. 1 ; FIG. 5 représente une vue schématique en perspective d’une machine électrique tournante à flux axial selon un mode de réalisation de la présente invention ; FIG. 6 représente une vue schématique en perspective d’un stator de la machine électrique tournante de la FIG. 5 ; FIG. 7 représente une vue schématique en perspective d’une armature du stator de la FIG. 6 ; FIG. 8 représente une vue schématique en perspective d’une bobine du stator de la FIG. 6 ; FIG. 9 représente une vue schématique en perspective d’un rotor selon un autre mode de réalisation de la présente invention ; FIG. 10 représente une vue schématique en perspective du rotor de la FIG. 9 dans lequel une deuxième roue polaire a été supprimée ; FIG. 11 représente une vue schématique en perspective d’une laminette de maintien pour aimants permanents ; Dans ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références. Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s’appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d’autres réalisations. La présente invention concerne une machine électrique tournante (ou moteur électrique) à flux axial 10, c’est-à-dire une machine dans laquelle le stator et le rotor sont disposés de sorte à créer un champ magnétique s’étendant selon une direction parallèle à la direction axiale (relative à l’axe de rotation du rotor) et notamment un rotor d’une telle machine électrique tournante 10. La présente invention vise en particulier un rotor à griffes comme représenté sur la FIG. 1 d’une telle machine électrique tournante 10. Le rotor 1 est formé par une première roue polaire 3a (mieux visible sur la FIG. 3 ) et une deuxième roue polaire 3b (mieux visible sur la FIG. 4 ) comprenant chacune une pluralité de griffes 5, huit griffes chacune de l’exemple présenté. Les griffes 5 de la première roue polaire 3a sont configurées pour s’entrelacer avec les griffes 5 de la deuxième roue polaire 3b à l’état assemblé du rotor 1. Pour cela, les griffes 5 d’au moins une des roues polaires 3a, 3b s’étendent axialement (dans le cas présent, les griffes 5 de la première roue polaire 3a s’étendent axialement). La première 3a et la deuxième 3b roues polaires comprennent un orifice central traversant configuré pour recevoir un arbre central de la machine électrique tournante. Les première 3a et deuxième 3b roues polaires peuvent être réalisées de manière monobloc par usinage d’un bloc en matériau ferromagnétique, par exemple en acier, et non à partir d’un laminage de différentes couches. Le rotor 1 peut également comprendre un ensemble d’aimants permanents 7 disposés entre les griffes 5 de la première 3a et de la deuxième 3b roues polaires. Les aimants permanents 7 sont par exemple fixés aux griffes 5 de la première 3a ou de la deuxième 3b roues polaires par des laminettes 15 (visibles sur la FIG. 11 ), c’est-à-dire des retraits de matière formant une rainure ou une poche dont la forme est complémentaire de la forme de l’aimant permanent 7 couplé à un dispositif d’encliquetage permettant de maintenir l’aimant permanent 7 en position durant l’assemblage du rotor 1 et durant la durée de vie de la machine électrique tournante. Les griffes 5 des première 3a et/ou deuxième 3b roues polaires peuvent également comprendre des chanfreins magnétiques 9 afin d’améliorer l’acoustique du rotor 1. Comme cela est mieux visible sur la vue éclatée de la FIG. 2 , les première 3a et deuxième 3b roues polaires forment également un noyau 11 configuré pour s’étendre autour de l’arbre central de la machine électrique tournante. Selon un premier mode de réalisation représenté sur la FIG. 2 , le noyau 11 peut être formé dans la deuxième roue polaire 3b. Selon un deuxième mode de réalisation (non représenté), le noyau 11 peut être formé dans la première roue polaire 3a. Selon un troisième mode de réalisation (non représenté), le noyau 11 peut être formé par deux demi-noyau formés respectivement dans la première 3a et la deuxième 3b roues polaires. Le rotor 1 comprend également une ou plusieurs bobines 13 (une seule bobine 13 dans l’exemple de la FIG. 2 ) configurées pour être disposées autour du noyau 11. La bobine 13 est par exemple réalisée par un enroulement d’un bobinage autour du noyau 11. La bobine 13 est configurée pour être alimentée pour former une source d’excitation de la machine électrique tournante à flux axial 10. L’alimentation est par exemple réalisée par un ensemble balai-collecteur permettant d’alimenter la bobine 13 malgré la rotation du rotor 1. Ainsi, dans l’exemple de la FIG. 2 , le rotor 1 présente une double excitation, d’une part via la bobine 13 et d’autre part via les aimants permanents 7. L’utilisation d’une double excitation permet d’obtenir une machine électrique tournante ayant une puissance et un couple important tout en limitant la quantité d’aimants permanents 7. Si la puissance requise pour la machine électrique tournante est faible, par exemple inférieur à 80 kW, il est également possible de se passer complètement des aimants permanents 7 et d’avoir une simple excitation via la ou les bobine(s) 13. Différentes configurations de rotor 1 peuvent être utilisées, notamment en fonction de la configuration de la machine électrique tournante à flux axial. Selon un mode de réalisation représenté sur la FIG. 5 , la machine électrique tournante 10 comprend un stator central 2, un premier rotor 1a et un deuxième rotor 1b disposés de part et d’autre du stator central 2. Le premier 1a et le deuxième 1b rotors sont par exemple similaires au rotor 1 présenté précédemment sur les figures 1 et 2. Comme représenté sur la FIG. 6 , le stator 2 peut comprendre une armature 21 (mieux visible sur la FIG. 7 ) sur laquelle sont disposées des bobines 23. La FIG. 8 représente un exemple d’une bobine 23 configurée pour être disposée sur l’armature 21 de la FIG. 7 . Le stator 2 comprend une première série de bobines 23 disposées en regard du premier rotor 1a et configurées pour entrainer le premier rotor 1a en rotation à la fois via la bobine 13 et via les aimants permanents 7 du premier rotor 1a et une deuxième série de bobines 23 disposées en regard du deuxième rotor 1b et configurées pour entrainer le deuxième rotor 1b en rotation à la fois via la bobine 13 et via les aimants permanents 7 du deuxième rotor 1b. Selon un autre mode de réalisation, la machine électrique tournante 10 peut comprendre un rotor central 1’ et deux stators 2 disposés de part et d’autre du rotor central. Dans ce cas, le rotor central 1’ peut correspondre à deux rotors 1 tels que décrit précédemment accolés l’un à l’autre. Les figures 9 et 10 représentent un tel rotor central 1’. Sur la FIG. 10 , l’une des roues polaires 3b n’est pas représentée pour rendre mieux visible les autres éléments. Ainsi, le rotor central 1’ comprend deux premières roues polaire 3a accolées l’une à l’autre pour former un ensemble, les griffes des premières roues polaires 3a s’étendant axialement d’un côté et de l’autre de l’ensemble. Le rotor central 1’ comprend également deux deuxièmes roue polaires 3b configurées pour venir se positionner d’un premier et d’un deuxième côté de l’ensemble formé par les deux premières roues polaires 3a. Les premières et deuxièmes roues polaires formant un premier et un deuxième noyau 11 autour desquels sont disposées une première et une deuxième bobines 13. Des aimants permanents 7 sont également disposés entre les griffes des premières et deuxièmes roues polaires. Ainsi, le rotor central 1’ peut interagir avec un premier stator 2 disposé axialement d’un premier coté du rotor central 1’ et avec un deuxième stator 2 disposé axialement d’un deuxième côté du rotor central 1’ opposé au premier coté. Ainsi, l’utilisation d’un rotor 1, 1’ à griffe pour machine électrique tournante à flux axial 10 comprenant au moins une bobine 13 configurée pour interagir avec un stator 2 pour entrainer en rotation ledit rotor 1, 1’ permet de réduire la quantité d’aimants permanents 7 nécessaire au fonctionnement de la machine électrique tournante 10 voire de supprimer l’utilisation des aimants permanents 7 ce qui permet de réduire le coût de la machine électrique tournante 10. Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents. En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. Rotor (1, 1’) à griffe pour machine électrique tournante à flux axial (10), ledit rotor (1, 1’) comprenant : une première (3a) et une deuxième (3b) roues polaires configurées pour être assemblées entre elles pour former un noyau (11), ledit noyau (11) étend configuré pour s’étendre autour d’un arbre central de la machine électrique tournante (10), lesdites première (3a) et deuxième (3b) roues polaires comprenant une pluralité de griffes (5) s’étendant radialement autour du noyau (11), au moins une bobine (13) configurée pour être disposée autour du noyau (11) et pour être alimentée pour former une source d’excitation de la machine électrique tournante (10). Rotor (1, 1’) selon la revendication 1 comprenant également une pluralité d’aimants permanents (7) disposés entre les griffes (5) de la première (3a) et de la deuxième (3b) roues polaires, les aimants permanents (7) s’étendant radialement autour de la, au moins une, bobine (13) pour former une source d’excitation additionnelle de la machine électrique tournante (10). Rotor (1, 1’) selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le noyau (11) est formé par la première (3a) ou la deuxième (3b) roues polaires. Rotor (1, 1’) selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le noyau (11) est formé par un premier demi-noyau associé à la première roue polaire (3a) et un deuxième demi-noyau associé à la deuxième roue polaire (3b). Rotor (1, 1’) selon l’une des revendications précédentes dans laquelle les griffes (5) de la première (3a) ou de la deuxième (3b) roue polaire présentent au moins un chanfrein magnétique (9). Rotor (1, 1’) selon l’une des revendications précédentes dans laquelle la première (3a) et la deuxième (3b) roues polaires sont réalisées en matériau ferromagnétique. Rotor (1, 1’) selon l’une des revendications précédentes dans lequel la première (3a) et/ou la deuxième (3b) roue polaires est un élément monobloc. Machine électrique tournante à flux axial (10) comprenant au moins un rotor (1, 1’) selon des revendications précédentes. Machine électrique tournante (10) selon la revendication précédente comprenant un rotor central (1’) et deux stators (2) disposés axialement de part et d’autre du rotor central (1’). Machine électrique tournante (10) selon la revendication précédente dans laquelle le rotor (1’) comprend une ou plusieurs roues polaires additionnelles pour permettre une interaction avec les deux stators (2). Machine électrique tournante (10) selon la revendication 8 comprenant deux rotors (1) disposés axialement de part et d’autre d’un stator central (2).