EP3221947A1 - Machine électrique à stator présentant des cavités pour application dans un véhicule automobile - Google Patents

Machine électrique à stator présentant des cavités pour application dans un véhicule automobile

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Publication number
EP3221947A1
EP3221947A1 EP15805604.4A EP15805604A EP3221947A1 EP 3221947 A1 EP3221947 A1 EP 3221947A1 EP 15805604 A EP15805604 A EP 15805604A EP 3221947 A1 EP3221947 A1 EP 3221947A1
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EP
European Patent Office
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stator
machine
teeth
rotor
housing
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15805604.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
François Machet
Yacine AYAD
Samir Guerbaoui
Abdou Salembere
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Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Original Assignee
Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes de Controle Moteur SAS filed Critical Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02K19/10—Synchronous motors for multi-phase current
    • H02K19/103—Motors having windings on the stator and a variable reluctance soft-iron rotor without windings

Definitions

  • the present invention relates to an electric machine, and for example an electric motor with variable reluctance or permanent magnets, for application in a motor vehicle, in particular for an electric supercharging compressor.
  • the invention also relates to an electric supercharger compressor for a motor vehicle, comprising such a variable-reluctance electric motor or permanent magnets.
  • Such an electric supercharger is conventionally implemented in the air intake line of a combustion engine of a motor vehicle, upstream or downstream of a turbocharger.
  • a compressor can be implemented on a recirculation line of the exhaust gas of the internal combustion engine.
  • the electric supercharger conventionally comprises a wheel for compressing the air entering the compressor and an electric machine, for example an electric motor with variable reluctance or permanent magnets, for driving the wheel in rotation.
  • the electric supercharger Unlike turbochargers, driven by the exhaust gas, the electric supercharger, operating with such an electric machine, has a very short response time. This reinforces the torque of the internal combustion engine at low speed, to compensate the response time of the turbocharger and improves the acceleration of the motor vehicle on which is mounted the internal combustion engine with the electric supercharger.
  • the object of the present invention is to provide an electric machine, and for example an electric motor with variable reluctance or permanent magnets perfected for automotive application, in particular for electric supercharging compressor, not having at least some of the aforementioned drawbacks.
  • the invention proposes an electric machine, in particular an electric motor with variable reluctance or permanent magnets for application in a motor vehicle, in particular for an electric supercharger for a motor vehicle, comprising a rotor and a stator provided with teeth, the stator having at least one cavity distinct from the space between the stator teeth.
  • At least one cavity is formed in the stator of the machine, distinct from the space between the stator teeth. This or these cavities make it possible to obtain a rope effect in the stator, which makes it possible to damp the acoustic waves created in the motor.
  • these cavities make it possible to modify the rigidity of the stator and, consequently, to modify the frequencies of the noises emitted by the motor, in particular towards lower frequencies which are generally perceived as less unpleasant by the users.
  • the stator has at least one cavity opening, preferably only at one or both ends of the stator;
  • the stator comprises at least one cavity emerging on the radially outer surface of the stator, preferably in the form of a groove formed in the radially outer surface of the stator;
  • the stator comprises at least one cavity on a profile of a stator tooth, preferably in the form of a groove formed in the profile surface of the stator tooth;
  • stator is received in a housing of the machine leaving free spaces between the stator and the housing, the free spaces extending essentially in a longitudinal direction of the stator, the stator and the housing of the machine preferably defining zones linear contact;
  • the stator has, in cross section, a generally polygonal casing having optionally one or more cuts formed by at least one cavity opening on the radially outer surface of the stator and, preferably, rounded corners intended to be in contact with the machine housing, if applicable;
  • the housing of the machine forms a housing for receiving the stator of generally circular shape in cross section;
  • cavities extending substantially in the longitudinal direction of the rotor are formed in the teeth of the rotor;
  • the teeth of the stator and / or the teeth of the rotor have, in cross-section, chamfers preferably forming an angle greater than 1 °, more preferably greater than 3 °, and less than 10 °, more preferably less than 7; °.
  • the invention relates to an electric supercharger for a motor vehicle, comprising a wheel compression and an electric machine, in particular an electric motor with variable reluctance or permanent magnets as described above, in all its combinations, for driving the compression wheel in rotation.
  • FIG. 1 shows schematically a cross section of an electric machine of a supercharger for a motor vehicle
  • FIG. 2 shows schematically a cross section of a stator / motor housing of an electric machine of a supercharger for a motor vehicle.
  • the elements that are identical or of identical function bear the same reference sign on the different embodiments described. For brevity of the present description, these identical elements or identical function are not described
  • an electric machine and for example an electric motor with variable reluctance or permanent magnets 10 essentially comprises a rotor 12 and a stator 14.
  • the rotor 12 is here mounted radially inside the stator 14.
  • rotor 12 and the stator 14 are made of ferromagnetic metallic material.
  • the stator does not comprise here winding oriented in the longitudinal direction of the electric machine 10.
  • the rotor 12 has teeth 16 (hereinafter radially rotor teeth 16), oriented radially outward, here four in number .
  • the rotor teeth 16 are equidistributed angularly.
  • the stator 14 has for its teeth 18 (hereinafter statoric teeth 18) also radial, oriented in the opposite direction to the teeth 16 of the rotor 12.
  • statoric teeth 18 are more numerous than the rotor teeth 16.
  • the stator 14 has six statoric teeth 18.
  • the statoric teeth 18 are angularly distributed.
  • Each of the stator teeth 18 is surrounded by a winding 20 or phase winding.
  • two opposite (or symmetrical) windings 20 are electrically powered, they form electromagnets and cause rotation of the rotor 12 to align the rotor teeth 16 with the stator teeth 18 surrounded by the windings 20 electrically powered.
  • the rotor 12 By successively controlling the supply of pairs of opposite windings, the rotor 12 is rotated, the torque being produced by the tendency of the rotor to position itself so that the reluctance between a stator tooth and a rotor tooth is at a minimum. that is, the gap between these rotor and stator teeth is minimal.
  • the rotor 12 and the stator 14 have cavities 32, 34, 35, 36, respectively, distinct from the space between the rotor teeth 16 and between the stator teeth 18.
  • These cavities 32, 34, 36 make it possible in particular to reduce the rigidity of the rotor 12 and / or the stator 14, which makes it possible to limit the noise emitted by the electrical machine, and for example the variable-reluctance motor or permanent magnets, and / or to lower the transmission frequencies of these noises.
  • these cavities 32, 34 on the torque exerted on the rotor 12 are formed in the rotor 16 and stator 18, respectively, and open only at the two faces end of the rotor 12 and the stator 14.
  • the stator 14 also has on its radially outer surface cavities 36 which extend substantially in the longitudinal direction of the electrical machine 10 and which open at the two end faces of the stator 14 and on its radially outer surface. These cavities 36 thus have a groove shape. These cavities 36 also make it possible to damp the acoustic waves created by the motor, lowering both the frequency of these waves and their amplitude.
  • the stator teeth 18 also have, on their profile surfaces joining the base of the stator teeth 18 at their apex, cavities 35 which also take the form of a groove here. These cavities 35 also make it possible to reduce the rigidity of the stator teeth 18.
  • the stator teeth 18 also present here, in cross-section, a chamfer 38.
  • the profile of the teeth stator 18 present here a first part with two parallel sides, connected to the top of the stator teeth 18 by surfaces inclined relative to the two parallel sides of the first part of the profile.
  • the angle of inclination of these surfaces can in particular be greater than 1 °, more preferably greater than 3 °, and less than 10 °, more preferably less than 7 °.
  • this variation of the magnetic flux is achieved less abrupt, which limits the noise emitted by the electrical machine, and for example the variable reluctance motor or permanent magnets 10 by limiting the amplitude of acoustic waves created.
  • chamfers may be provided only on the rotor 12 or both on the rotor 12 and on the stator 14.
  • An electric machine and for example a variable reluctance motor or permanent magnet, as just described can be implemented in many applications in a motor vehicle. In particular, it can be implemented for a traction motor system.
  • the electric machine and for example the electric motor with variable reluctance or permanent magnets as just described can be implemented in an electric supercharger for a motor vehicle, comprising a wheel of compression driven in rotation by the rotation of the rotor of the machine.
  • the stator 14 is received in a housing 40 of the machine leaving free spaces 42 between the stator 14 and the housing 40.
  • this is done firstly with the aid of a stator 14 having an outer envelope of polygonal general shape, in cross section, having several cuts formed by the cavities 36 opening on the radially outer surface of the stator 14 and the rounded corners intended to be in contact with the housing 40 of the machine.
  • the housing 40 of the machine further defines a stator receiving housing of substantially circular cross section.
  • the stator 14 and the housing 40 of the machine then define contact areas of reduced dimensions, including linear contact areas, extending substantially in the longitudinal direction of the machine. These limited contact areas, in particular linear, make it possible to limit the propagation of the noise created in the motor outside of the latter, via the housing 40.

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Abstract

L'invention concerne une machine électrique, et par exemple un moteur électrique à reluctance variable ou aimants permanents (10), pour application dans un véhicule automobile, notamment pour compresseur électrique de suralimentation pour véhicule automobile, comprenant un rotor (12) et un stator (14) munis de dents (16; 18), le stator (12) présentant au moins une cavité (34; 36) distincte de l'espace entre les dents (18) du stator (14). L'invention se rapporte également à un compresseur électrique de suralimentation pour véhicule automobile, comportant une roue de compression et une telle machine électrique (10), pour entraîner la roue de compression en rotation.

Description

MAC H I N E É LECTRIQU E À STATO R P RÉS ENTANT D ES CAVIT ÉS POU R AP P LICAT IO N DAN S U N VÉ H I C U LE
AUTOMOB I LE La présente invention concerne une machine électrique, et par exemple un moteur électrique à reluctance variable ou aimants permanents, pour application dans un véhicule automobile, notamment pour un compresseur électrique de suralimentation. L'invention se rapporte également à un compresseur électrique de suralimentation pour véhicule automobile, comportant un tel moteur électrique à reluctance variable ou aimants permanents.
Il est connu de mettre en œuvre un compresseur électrique de suralimentation (en anglais « electric supercharger ») dans un circuit d'alimentation en air d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile.
Un tel compresseur électrique de suralimentation est classiquement mis en œuvre dans la ligne d'admission d'air d'un moteur à combustion thermique d'un véhicule automobile, en amont ou en aval d'un turbocompresseur. En variante, ou au surplus comme décrit dans la demande FR-A-2 991 725 au nom de la Demanderesse, un tel compresseur peut être mis en œuvre sur une ligne de recirculation des gaz d'échappement du moteur à combustion interne.
Le compresseur de suralimentation électrique comporte de manière classique une roue destinée à comprimer l'air entrant dans le compresseur et une machine électrique, par exemple un moteur électrique à reluctance variable ou aimants permanents, pour entraîner la roue en rotation.
À la différence des turbocompresseurs, entraînés par les gaz d'échappement, le compresseur électrique de suralimentation, fonctionnant avec une telle machine électrique, a un temps de réponse très court. Ceci permet de renforcer le couple du moteur à combustion interne à bas régime, de compenser le temps de réponse du turbocompresseur et améliore les accélérations du véhicule automobile sur lequel est monté le moteur à combustion interne muni du compresseur électrique de suralimentation.
Cependant, la machine électrique mise en œuvre dans un tel compresseur électrique de suralimentation est soumise à des vibrations de grandes amplitudes du fait des variations de flux et de forces électromagnétiques, qui nuisent au confort du conducteur du véhicule automobile.
En outre, notamment du fait du régime auquel est utilisée une telle machine électrique et par exemple un moteur à reluctance variable ou aimants permanents, un tel compresseur est bruyant.
Le but de la présente invention est de proposer une machine électrique, et par exemple un moteur électrique à reluctance variable ou aimants permanents perfectionné pour application automobile, notamment pour compresseur électrique de suralimentation, ne présentant pas au moins certains des inconvénients susmentionnés.
À cette fin, l'invention propose une machine électrique, notamment un moteur électrique à reluctance variable ou aimants permanents pour application dans un véhicule automobile, notamment pour compresseur électrique de suralimentation pour véhicule automobile, comprenant un rotor et un stator munis de dents, le stator présentant au moins une cavité distincte de l'espace entre les dents du stator.
Ainsi, selon l'invention, on forme au moins une cavité dans le stator de la machine, distincte de l'espace entre les dents statoriques. Cette ou ces cavités permettent d'obtenir un effet de corde dans le stator, qui permet d'amortir les ondes acoustiques créées dans le moteur.
En outre, ces cavités permettent de modifier la rigidité du stator et, par suite, de modifier les fréquences des bruits émis par le moteur, notamment vers des fréquences plus basses qui sont généralement perçues comme moins désagréables par les utilisateurs. Selon différents modes de réalisation, qui pourront être pris ensemble ou séparément :
- le stator présente au moins une cavité débouchant, de préférence uniquement, au niveau d'une ou des deux extrémités du stator ;
- le stator comprend au moins une cavité débouchant sur la surface radialement externe du stator, de préférence sous forme d'une rainure formée dans la surface radialement externe du stator ;
- le stator comprend au moins une cavité sur un profil d'une dent du stator, de préférence sous forme d'une rainure formée dans la surface de profil de la dent du stator ;
- le stator est reçu dans un boîtier de la machine en laissant des espaces libres entre le stator et le boîtier, les espaces libres s'étendant essentiellement selon une direction longitudinale du stator, le stator et le boîtier de la machine définissant de préférence des zones de contact linéiques ;
- le stator présente, en section transversale, une enveloppe de forme générale polygonale présentant le cas échéant une ou plusieurs découpes formées par au moins une cavité débouchant sur la surface radialement externe du stator et, de préférence, des angles arrondis destinés à être en contact avec le boîtier de la machine , le cas échéant ;
- le boîtier de la machine forme un logement de réception du stator de forme générale circulaire, en section transversale ;
- des cavités s'étendant essentiellement selon la direction longitudinale du rotor sont formées dans les dents du rotor ; et
- les dents du stator et/ou les dents du rotor présentent, en section transversale, des chanfreins formant de préférence un angle supérieur à 1 °, de préférence encore supérieure à 3°, et inférieur à 10°, de préférence encore inférieur à 7°.
Selon un autre aspect, l'invention se rapporte à un compresseur électrique de suralimentation pour véhicule automobile, comportant une roue de compression et une machine électrique, notamment un moteur électrique à reluctance variable ou aimants permanents tel que décrit ci-avant, dans toutes ses combinaisons, pour entraîner la roue de compression en rotation.
Les figures annexées feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, sur lesquelles :
- la figure 1 représente schématiquement une coupe transversale d'une machine électrique d'un compresseur de suralimentation pour véhicule automobile ; et
- la figure 2 représente schématiquement une coupe transversale d'un ensemble stator/boîtier de moteur d'une machine électrique d'un compresseur de suralimentation pour véhicule automobile. Dans la suite de la description, les éléments identiques ou de fonction identique portent le même signe de référence sur les différents modes de réalisation décrits. À fin de concision de la présente description, ces éléments identiques ou de fonction identique ne sont pas décrits
Comme illustré à la figure 1 , une machine électrique, et par exemple un moteur électrique à reluctance variable ou aimants permanents 10 comprend essentiellement un rotor 12 et un stator 14. Le rotor 12 est ici monté radialement à l'intérieure du stator 14. Le rotor 12 et le stator 14 sont en matériau métallique ferromagnétique. Notamment, le stator ne comprend pas ici de bobinage orienté selon la direction longitudinale de la machine électrique 10. Le rotor 12 présente des dents 16 (ci-après dents rotoriques 16) radiales, orientées radialement vers l'extérieur, ici au nombre de quatre. Les dents rotoriques 16 sont équiréparties angulairement. Le stator 14 présente quant à lui des dents 18 (ci-après dents statoriques 18) également radiales, orientées dans le sens opposé aux dents 16 du rotor 12. Classiquement les dents statoriques 18 sont plus nombreuses que les dents rotoriques 16. En l'espèce, le stator 14 présente six dents statoriques 18. Les dents statoriques 18 sont équiréparties angulairement. Chacune des dents statoriques 18 est entourée par un bobinage 20 ou bobinage de phase. Lorsque deux bobinages 20 opposés (ou symétriques) sont alimentés électriquement, ils forment des électroaimants et provoquent la rotation du rotor 12 pour aligner les dents rotoriques 16 avec les dents statoriques 18 entourées par les bobinages 20 alimentés électriquement. En commandant successivement l'alimentation des couples de bobinages 20 opposés, on entraine en rotation le rotor 12, le couple étant produit par la tendance du rotor à se positionner de façon que la réluctance entre une dent statorique et une dent rotorique soit minimum, c'est- à-dire que l'entrefer entre ces dents rotoriques et statoriques soit minimal.
Ici, cependant, le rotor 12 et le stator 14 présentent des cavités 32, 34, 35, 36, respectivement, distinctes de l'espace entre les dents rotoriques 16 et entre les dents statoriques 18. Ces cavités 32, 34, 36 permettent notamment de réduire la rigidité du rotor 12 et/ou du stator 14, ce qui permet de limiter le bruit émis par la machine électrique, et par exemple le moteur à réluctance variable ou aimants permanents et/ou d'abaisser les fréquences d'émission de ces bruits. Par facilité de fabrication et pour limiter l'influence des cavités 32, 34 sur le couple exercé sur le rotor 12, celles-ci sont réalisées dans les dents rotoriques 16 et statoriques 18, respectivement, et ne débouchent qu'au niveau des deux faces d'extrémité du rotor 12 et du stator 14.
Le stator 14 présente également sur sa surface radialement externe des cavités 36 qui s'étendent sensiblement selon la direction longitudinale de la machine électrique 10 et qui débouchent au niveau des deux faces d'extrémité du stator 14 et sur sa surface radialement externe. Ces cavités 36 présentent ainsi une forme de rainure. Ces cavités 36 permettent également d'amortir les ondes acoustiques créées par le moteur, abaissant à la fois la fréquence de ces ondes et leur amplitude.
Les dents statoriques 18 présentent également, sur leurs surfaces de profils joignant la base des dents statoriques 18 à leur sommet, des cavités 35 qui prennent également la forme de rainure ici. Ces cavités 35 permettent également de réduire la rigidité des dents statoriques 18.
Les dents statoriques 18 présentent également ici, en section transversale, un chanfrein 38. En d'autres termes, le profil des dents statoriques 18 présentent ici une première partie avec deux côtés parallèles, reliée au sommet des dents statoriques 18 par des surfaces inclinées par rapport aux deux côtés parallèles de la première partie du profil. L'angle d'inclinaison de ces surfaces (ou angle de chanfrein) peut notamment être supérieur à 1 °, de préférence encore supérieur à 3°, et inférieur à 10°, de préférence encore inférieur à 7°. Ces chanfreins 38 permettent de limiter l'amplitude des variations de flux magnétiques quand les dents rotoriques 16 s'alignent avec les dents statoriques 18. En effet, du fait de la présence des chanfreins 38, cette variation du flux magnétique est réalisée de manière moins brusque, ce qui permet de limiter le bruit émis par la machine électrique, et par exemple le moteur à reluctance variable ou aimants permanents 10 en limitant l'amplitude des ondes acoustiques créées. En variante, de tels chanfreins peuvent être prévus uniquement sur le rotor 12 ou à la fois sur le rotor 12 et sur le stator 14.
Une machine électrique, et par exemple un moteur à reluctance variable ou aimants permanents, 10 telle qu'elle vient d'être décrite peut être mise en œuvre dans de nombreuses applications dans un véhicule automobile. Notamment, elle peut être mise en œuvre pour un système de moteur de traction.
Selon une application particulièrement intéressante cependant, la machine électrique, et par exemple le moteur électrique à reluctance variable ou aimants permanents tel qu'il vient d'être décrit peut être mis en œuvre dans un compresseur électrique de suralimentation pour véhicule automobile, comportant une roue de compression entraînée en rotation par la rotation du rotor de la machine.
Selon une variante partiellement représentée à la figure 2 d'une machine électrique pouvant être mise en œuvre, par exemple, dans un compresseur électrique de suralimentation pour véhicule automobile, le stator 14 est reçu dans un boîtier 40 de la machine en laissant des espaces libres 42 entre le stator 14 et le boîtier 40. Ici, ceci est réalisé tout d'abord à l'aide d'un stator 14 présentant une enveloppe externe de forme générale polygonale, en section transversale, présentant plusieurs découpes formées par les cavités 36 débouchant sur la surface radialement externe du stator 14 et des angles arrondis destinés à être en contact avec le boîtier 40 de la machine. Le boîtier 40 de la machine définit par ailleurs un logement de réception du stator de section transversale sensiblement circulaire. Ainsi, le rotor 14 inséré dans le boîtier 40, des espaces 42 sont maintenus libres entre le stator 14 et le boîtier 40 qui s'étendent essentiellement selon toute la longueur du stator 14.
Le stator 14 et le boîtier 40 de la machine définissent alors des zones de contact de dimensions réduites, notamment des zones de contact linéiques, s'étendant essentiellement selon la direction longitudinale de la machine. Ces zones de contact limitées, notamment linéiques, permettent de limiter la propagation du bruit créé dans le moteur à l'extérieur de celui-ci, via le boîtier 40.
L'invention ne se limite pas aux seuls exemples de réalisation décrits ci-avant en regard des figures, à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et de nombreuses variantes sont accessibles à l'homme de l'art.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Machine électrique (10) pour application dans un véhicule automobile, notamment pour compresseur électrique de suralimentation pour véhicule automobile, comprenant un rotor (12) et un stator (14) munis de dents (16 ; 18), le stator (12) présentant au moins une cavité (34 ; 36) distincte de l'espace entre les dents (18) du stator (14), des cavités (32) s'étendant essentiellement selon la direction longitudinale du rotor (12) étant formées dans les dents (16) du rotor (12).
2. Machine électrique (10) selon la revendication 1 , dans lequel le stator (14) présente au moins une cavité (34) débouchant, de préférence uniquement, au niveau d'une ou des deux extrémités du stator (14).
3. Machine électrique (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le stator (14) comprend au moins une cavité (36) débouchant sur la surface radialement externe du stator (14), de préférence sous forme d'une rainure formée dans la surface radialement externe du stator (14).
4. Machine électrique (10) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le stator (14) comprend au moins une cavité (35) sur un profil d'une dent (18) du stator (14), de préférence sous forme d'une rainure formée dans la surface de profil de la dent (18) du stator (14).
5. Machine électrique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le stator (14) est reçu dans un boîtier (40) de la machine en laissant des espaces libres (42) entre le stator (14) et le boîtier (40), les espaces libres (42) s'étendant de préférence essentiellement selon une direction longitudinale du stator (14), le stator (14) et le boîtier (40) de la machine définissant de préférence encore des zones de contact linéiques.
6. Machine électrique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le stator (14) présente, en section transversale, une enveloppe de forme générale polygonale présentant le cas échéant une ou plusieurs découpes formées par au moins une cavité débouchant sur la surface radialement externe du stator et, de préférence, des angles arrondis destinés à être en contact avec le boîtier (10) de la machine, le cas échéant.
7. Machine électrique (10) selon les revendications 5 et 6, dans lequel le boîtier (10) de la machine forme un logement de réception du stator (14) de forme générale circulaire, en section transversale.
8. Machine électrique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les dents (18) du stator (14) et/ou les dents (16) du rotor (12) présentent, en section transversale, des chanfreins formant de préférence un angle supérieur à 1 °, de préférence encore supérieure à 3°, et inférieur à 10°, de préférence encore inférieur à 7°.
9. Compresseur électrique de suralimentation pour véhicule automobile, comportant une roue de compression et une machine électrique
(10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, pour entraîner la roue de compression en rotation.
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