EP3563468A1 - Ensemble électromagnétique à structure polyphasée - Google Patents

Ensemble électromagnétique à structure polyphasée

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Publication number
EP3563468A1
EP3563468A1 EP17828927.8A EP17828927A EP3563468A1 EP 3563468 A1 EP3563468 A1 EP 3563468A1 EP 17828927 A EP17828927 A EP 17828927A EP 3563468 A1 EP3563468 A1 EP 3563468A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pads
electromagnetic assembly
electromagnetic
polyphase structure
yoke
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17828927.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
François BERNOT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MBDA France SAS
Safran Electronics and Defense Actuation SAS
Francecol Technology SAS
Original Assignee
Zodiac Actuation Systems SAS
MBDA France SAS
Francecol Technology SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zodiac Actuation Systems SAS, MBDA France SAS, Francecol Technology SAS filed Critical Zodiac Actuation Systems SAS
Publication of EP3563468A1 publication Critical patent/EP3563468A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/26—Rotor cores with slots for windings
    • H02K1/265—Shape, form or location of the slots
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H02K1/146—Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/16—Stator cores with slots for windings
    • H02K1/165—Shape, form or location of the slots

Definitions

  • the present invention relates to an electromagnetic assembly with polyphase structure with winding.
  • the present invention is applicable to any use of such an electromagnetic assembly in an electrical rotating machine, other than a motor, and to any rotating device using an electromagnetic yoke having the features of the present invention.
  • an electromagnetic yoke is most often cylindrical, solid or hollow, extending along a longitudinal axis (said z axis), and comprises an alternation of magnetic poles salient, consisting of an alternation of studs (or teeth ) and notches, the studs projecting from the inner or outer face of the body of the electromagnetic yoke and equidistant.
  • a single-phase electromagnetic cylinder head having a single coil extending from an inlet power supply to a power supply output and wound around each pad, said magnetic, to create an incoming flow and a flow out alternately between the successive pads and equidistant.
  • the winding can be performed in a wavy manner, that is to say passing from one pad to another by changing the face of each pad, or nested, that is to say by completely surrounding each pad.
  • the winding is at one or more turns.
  • the electromagnetic yoke with a single-phase structure thus produced is intended to be placed opposite an electromagnetic element, for example composed of magnets, and at a distance from it to provide an electromagnetic air gap surface.
  • each electromagnetic cylinder head C1 to C3 single-phase structure is provided with a plurality of P-pads equidistant on the periphery of the electromagnetic cylinder head and form with its associated winding a phase.
  • the assembly thus formed forms a three-phase structure. It is desired that the respective windings electromagnetic heads single phase structure are not in contact in order to avoid any short circuit. Also, by stacking the electromagnetic heads with their winding, care is taken to separate them from each other to prevent them from touching each other.
  • the electromagnetic heads are arranged between them so as to ensure an angular offset between the studs of two consecutive electromagnetic heads. Such an angular offset is equal to
  • Np is the number of magnetic poles
  • Nphases the number of electromagnetic heads with single-phase structure (also called number of phases).
  • the present invention therefore aims to provide an electromagnetic assembly with a polyphase structure does not have the aforementioned drawbacks. It aims in particular to minimize the volume occupied by such a set.
  • the present invention also has the advantage, through its use in an electric motor, to allow an increase in engine torque without affecting the bulk.
  • Other advantages of the polyphase electromagnetic assembly of the present invention will be detailed in the description which follows.
  • the electromagnetic assembly with a polyphase structure comprises a yoke having an electromagnetic body and a plurality of spaced studs projecting from a support face of the yoke, this support face of the yoke being advantageously one of the faces of the cylinder head, and arranged consecutively along the periphery of the support face of the cylinder head, and a coil associated with the pads.
  • the cylinder head is unique, that is to say that the assembly has only one cylinder head, and the plurality of pads is arranged in at least two groups of pads in which two consecutive pads of the same group of pads are spaced apart from one inter-pad distance and each pad group is separated from the adjacent pad group by an intergroup distance distinct from the pad distance.
  • a winding is associated with each group of pads.
  • adjacent group is meant the group of pads that follows immediately after a group of pads with regard to the consecutive arrangement of the pads and groups of pads.
  • the pads may have different shapes and sizes.
  • the studs of the cylinder head all have the same shape.
  • the geometric shape of a stud may vary depending on the yoke and the intended application, the intergroup distance is considered as the angular distance separating the median axes perpendicular to the support face of two consecutive studs belonging to two adjacent groups.
  • the inter-plot distance is considered as the angular distance separating the median axes perpendicular to the support face, of two consecutive pads belonging to the same group.
  • the body of the cylinder head is annular, or cylindrical in one or two annular parts, or cylindrical abutments, in particular along the longitudinal axis of the cylinder, or discoidal, or parallelepiped.
  • the support surface from which the studs project is of preferably circular geometry.
  • the pads are arranged consecutively along the circular periphery of the support face.
  • other geometries are possible for the studs, in particular frustoconical studs.
  • the magnetic yoke is of linear shape, that is to say that it is in a parallelepipedal shape, the pads are arranged consecutively along a right side of the cylinder head.
  • the present invention makes it possible to produce an electromagnetic assembly with a polyphase structure, compact and reduced in size along the z axis.
  • the present invention advantageously allows a reduction in the overall size of an electromagnetic assembly with a polyphase structure.
  • the axis z is understood by the axis which corresponds to the axis in which it would be necessary to stack axially several yokes with a single-phase structure if the entire
  • the invention did not propose the particularity of arrangement of the electromagnetic pads.
  • the z axis is also perpendicular to the magnetic flux induced in the air gap provided when another electromagnetic element is placed opposite and at a distance from the electromagnetic studs, and an electric current is applied to the winding.
  • the z axis is perpendicular to the radial plane.
  • the z axis is perpendicular to the longitudinal direction of the studs.
  • each part comprises a respective number of studs spaced apart so that between two consecutive studs of a part, the space allows to receive a stud of a other part.
  • the studs of the annular or abutting cylindrical portions are thus associated head-to-tail and parallel to each other while respecting the intergroup and inter-plot distances claimed.
  • coil associated with each group of pads in the following description, a coil having a power supply input and a power supply output for each group of pads or for each combination of subgroups. A combination of subgroups is defined below.
  • the group configuration of the pads allows, when the coil is electrically powered, to provide a plurality of electrical phases with an electrical offset between the phases, providing an electromagnetic assembly with a structure polyphase. Therefore, the electromagnetic assembly with a polyphase structure is according to the present invention of "monoblock" type by compacting the phases in a single annular, discoidal or parallelepipedic volume, without the need to stack a plurality of electromagnetic heads in parallel consecutive planes. and spaced. We hear by "Monobloc", the fact that the electromagnetic assembly with a polyphase structure comprises only one cylinder head forming with the groups of pads a unit mass.
  • the polyphase structure is obtained from a single cylinder head.
  • the unit mass of the electromagnetic assembly of the invention provides a polyphase structure with a smaller footprint than that which would be necessary for a set of the prior art for which the polyphase structure is obtained by stacking and spacing several yokes with a single-phase structure. .
  • Such a one-piece design of the electromagnetic assembly with a polyphase structure has additional and / or alternative advantages to that of a reduced space requirement, in particular:
  • the volume of the winding is reduced, and thus a reduction in the amount of electric wire, generally made of copper, is achieved, which also reduces the manufacturing costs;
  • the length of the electric wire of the total winding is reduced for all the phases, and thus it is possible to reduce the electrical resistance, and consequently to reduce the losses by Joule effect;
  • an arrangement of the pads is defined such that the latter are no longer equidistant over the entire circumference, involving an angular offset with the other magnetic element intended to be positioned facing each other, for example a rotor if the assembly
  • the electromagnetic device of the invention is a stator, and thus it is possible to reduce the engine holding torque (generally qualified by the Anglicism "Cogging") and thus facilitates the rotational launch of the rotor; maintenance of the electromagnetic assembly, and thus it is possible to facilitate maintenance of the electric motor incorporating such an electromagnetic assembly;
  • the electromagnetic assembly with a polyphase structure comprises several phases so that each phase of the electromagnetic assembly with polyphase structure corresponds to
  • the combination of at least two remote groups associated with the same winding is defined in the invention as subgroups.
  • the yoke is annular or discoidal and two subgroups constitute a phase, the two subgroups are arranged diametrically opposite.
  • the two subgroups are arranged on either side of the first group of phases formed of subgroups.
  • the intergroup distance defined above and corresponding to two adjacent groups remains the same.
  • the intergroup distance is also the distance separating an end pad, along the median axis perpendicular to the support face, of a first subgroup of a group, from the pad immediately after, along the median axis perpendicular to the support face, the subgroup of another group arranged adjacent to the first group.
  • the intergroup distances are identical over the entire cylinder head.
  • Nphases is the number of phases, in particular considering that the inter-plot distance of each group or each subgroup is identical and is equal to 180 ° electrical.
  • An electrical angle is defined as being equal to a full mechanical revolution, ie 360 ° divided by the number of pole pairs.
  • the electrical angle is defined as having a value equal to 360 ° to the distance separating two pairs of consecutive poles.
  • the groups or subgroups of pads are distributed in a balanced manner, according to an equidistance between each group or subgroup, on the surface of the cylinder head, the intergroup distance is therefore identical.
  • Such an arrangement makes it possible to obtain a balance of the radial electric forces for an electromagnetic assembly with an annular or discoidal yoke.
  • the number of subgroups of pads is preferably an even number and / or the number of groups corresponding to the number of phases is preferably an odd number.
  • the electromagnetic assembly with a polyphase structure has a three-phase structure and comprises
  • each pair of subgroups corresponding to one phase and the two subgroups of each pair being arranged diametrically opposite and associated with the same coil.
  • the electromagnetic assembly with a polyphase structure has a five-phase structure and comprises five groups of pads each associated with a separate winding.
  • each group of pads or subgroups comprises an identical number of pads, either odd or even.
  • the electromagnetic assembly with a multiphase structure comprises a coil by group of pads or by combination of subgroups, such as in particular in pairs, each coil being formed by one or more turns associated with each of the pads.
  • the windings of the groups can be connected in series or in parallel, or in any other way.
  • a winding can be realized
  • polar faces the faces of the pads extending in planes perpendicular to the z axis.
  • some pads are not wound, or receive a double coil.
  • the coils are intended to be electrically powered by a polyphase balanced current.
  • the current may not be balanced.
  • the current supplying the winding of each group or combination of subgroups for each phase is wedged angularly with respect to the phase shift between the phases.
  • the current flowing through each winding can be sinusoidal, triangular, rectangular, in particular rectangular with three levels, etc.
  • the pads may have various shapes, such as a cylindrical shape with a circular or polygonal base, or a mushroom shape, or a flared solid shape preferably diverging towards the opposite side of the face. support, and / or a solid shape having on at least one of the pole faces a recess, preferably having a single recess such that each recess of two consecutive pads is alternately disposed on each polar face, in particular to associate the coil of wavy way.
  • the pads of the same electromagnetic assembly with a polyphase structure have the same shape.
  • one or more pads are removably reported against the yoke, in particular by interlocking with or without play, and / or bonding and / or by an interface element and securing.
  • the pads may have a base intended to cooperate with the support face in a dovetail-shaped cooperation.
  • each stud has a surface opposite to the support face of the yoke and intended to face an air gap, having a convex shape, so as to provide a gap of varying distance.
  • Such geometry allows the induced voltage to be sinusoidal.
  • the present invention also relates to a device comprising such an electromagnetic assembly with a polyphase structure and an electromagnetic element placed opposite the gap, such as with magnets, arranged vis-a-vis and at a distance to arrange between the element and the assembly, a gap.
  • the studs protrude from the cylindrical surface is internal or external.
  • the cylinder head will then be respectively said external and arranged around the electromagnetic element, or said internal with the electromagnetic element arranged around.
  • the cylinder head When the yoke of the electromagnetic assembly with polyphase structure is discoidal or parallelepipedic (or linear) for an electric motor application, the cylinder head will be arranged either on the right or on the left. In an alternative embodiment of the present, it is possible that the phases do not have the same number of pads. In a particular configuration, it is possible that the subgroups of pads do not all have the same number of pads. Depending on the application and the embodiment of the electromagnetic element associated with the electromagnetic assembly with polyphase structure of the invention, the cylinder head will be either fixed or rotating.
  • the present invention also relates to a machine comprising the electromagnetic assembly with a polyphase structure of the invention, such as a rotating or static electrical machine, in particular a DC, synchronous magnet, synchronous wound-rotor, asynchronous-to-synchronous machine.
  • a rotating or static electrical machine in particular a DC, synchronous magnet, synchronous wound-rotor, asynchronous-to-synchronous machine.
  • the present invention also applies to a fixed or movable armature, placed inside or outside the armature vis-à-vis, or right or left of it.
  • the frame vis-à-vis may include magnets, electromagnets, non-powered pads.
  • the frame opposite can include a "squirrel cage”.
  • the windings forming the electrical phases of the machine can be divided into identical or different subsets.
  • FIG. 1 is a detailed perspective view of an electromagnetic assembly with a polyphase structure of the prior art
  • FIG. 2 represents a sectional view of an exemplary embodiment of an electromagnetic assembly with a polyphase structure according to the present invention, associated with an electromagnetic element of the magnet structure type, with an air gap to provide a device of the motor type. electric;
  • FIG. 3 is a perspective view of a yoke of the electromagnetic assembly with a polyphase structure of FIG. 2;
  • FIG. 4 is a sectional view of the cylinder head of Figure 3;
  • FIG. 5 is a perspective view of detail of the cylinder head of Figure 3;
  • FIG. 6 is a top view of a cylinder head of an electromagnetic assembly with a polyphase structure of the present invention according to an alternative embodiment relating to the arrangement of the pads;
  • FIG. 7a illustrates a perspective view of a geometric variant of a cylinder head of the polyphase electromagnetic assembly of the present invention, in a disc shape
  • FIG. 7b is a partial sectional view of the cylinder head of Figure 7a associated with an electromagnetic element facing to provide an air gap;
  • FIG. 8 illustrates a perspective view of another example of an electromagnetic assembly of the present invention, the cylinder head being of generally parallelepipedal shape
  • FIGS. 9a and 9b are perspective and sectional views, respectively, of another example of an electromagnetic assembly of the present invention, the cylinder head being of generally cylindrical shape;
  • FIG. 9c is an exploded view of the electromagnetic assembly of FIG. 9a;
  • Figure 10 is a perspective view of a disc-shaped cylinder head of the polyphase electromagnetic assembly of the present invention according to a variant of the form of the pads;
  • FIGS. 11a to 11d illustrate examples of geometric shapes of the pads of the electromagnetic assembly of the present invention
  • Fig. 12 is a sectional view of another embodiment of a yoke of the electromagnetic assembly of the present invention.
  • FIG. 13 is a schematic view of coils associated with the cylinder head of FIG. 12.
  • FIG. 1 illustrates an electromagnetic assembly with a polyphase structure, in this case three-phase in the example presented in FIG. 1, of the prior art.
  • Such an electromagnetic assembly comprises three annular electromagnetic heads C1, C2 and C3 respectively provided with P pads equidistant on their periphery.
  • Each electromagnetic cylinder head C1, C2 and C3 is intended to correspond to a phase.
  • the electromagnetic heads C1, C2 and C3 are stacked along an axis z and are spaced to allow the integration of a winding (not shown) associated and arranged around the pads P of each electromagnetic cylinder head C1, C2 and C3 so that the coils are not touching at the polar faces F of the pads P.
  • the polar faces F of the pads P are perpendicular to the z axis.
  • the electromagnetic heads C1, C2 and C3 are arranged between them so as to provide an angular offset between the pads P of two consecutive yokes C1 and C2, on the one hand, and C2 and C3, on the other hand.
  • the assembly has a length L1.
  • FIG. 2 presents an electromagnetic assembly with a polyphase structure 1 according to the present invention and a breech of which is illustrated in FIGS. 3 to 5. More specifically, FIG. 2 shows an electromagnetic assembly with a polyphase structure 1 according to the present invention in a configuration in which each phase is formed of a group each comprising seven teeth.
  • the electromagnetic assembly with a multiphase structure 1 is intended to occupy a smaller volume than the electromagnetic assembly with a polyphase structure of the prior art shown in FIG. 1, in particular by providing a shorter length L along the z axis, while providing equivalent operating results.
  • Such a benefit is obtained by the fact that the windings, in particular the heads of such windings, of the different phases are located in the same cylindrical zone, which eliminates any axial interference between them, and makes it possible to shorten the electromagnetic assembly.
  • FIGS. 2 and following relating to the electromagnetic assembly with polyphase structure 1 of the present invention the structural and / or functional elements common to the different embodiments may have the same references. Thus, unless otherwise stated, such elements have identical structural, dimensional and material properties.
  • the present invention is specific to the electromagnetic assembly with polyphase structure 1, intended to be used in particular as a stator in an electric motor, without however being limited to such an application.
  • the electromagnetic assembly with polyphase structure 1 can also be used to form a DC electric machine, synchronous magnet, synchronous wound rotor, asynchronous squirrel cage rotor, asynchronous wound rotor, step by step ( variable reluctance), an alternator, a starter, a retarder, a position sensor, a speed sensor, an acceleration sensor, etc.
  • the electromagnetic assembly with polyphase structure 1 of the present invention for use, is, for example, a stator of generally annular shape and is associated on its outer periphery, as shown in FIG. 2, with a magnetic element 2 , advantageously a rotor 2, opposite and at a distance to provide a gap 3.
  • the magnetic element 2 consists, for example, of a plurality of pairs of magnets 20, 21 arranged, on the one hand, side-by-side and, on the other hand, facing and at a distance of the electromagnetic assembly with polyphase structure 1.
  • Each pair of magnets 20, 21 corresponds to a magnetic pole.
  • the magnetic element 2 facing the electromagnetic assembly 1 may be composed of non-powered pads, particularly in the context of a variable reluctance electrical machine, or a squirrel cage, particularly in the context of an asynchronous electric machine, or a coil supplied with direct current, in particular in the context of a synchronous electric machine, or a coil supplied with alternating current, in particular in the context of a machine electrical induction, or a coil shorted, especially in the context of an asynchronous electric machine.
  • the magnets or the coil of the electromagnetic element 2 may be mounted on a smooth surface or arranged in grooves formed on the surface of the magnetic material body of the electromagnetic element 2.
  • the electromagnetic assembly with polyphase structure 1 comprises according to the present invention a single cylinder head 5 whose body is annular with a plurality of studs 50 protruding from one of the faces 5A of the yoke 5, said support surface 5A of the breech 5.
  • the support face 5A of the breech 5 is an external face.
  • a winding 6 is associated with each of the pads 50.
  • FIGS. 3 and 4 illustrate an exemplary embodiment of the yoke 5 of FIG. 2. More particularly, FIG. 3 illustrates the exemplary embodiment of the yoke 5 of FIG. 2 in a configuration in which each phase is formed of two -Diameterally opposed groups each having three teeth
  • the yoke 5 is, in the exemplary embodiment, of annular shape with a median axis corresponding to the z axis which is perpendicular to a radial plane of the yoke 5.
  • the studs 50 project from the outer face 5A.
  • the studs 50 project from an inner face 5B, acting as a support face 5B, of the body of the yoke 5, as shown in the embodiment of FIG. 6.
  • the yoke 5 is preferably made of an assembly, in particular by riveting, of sheets of ferromagnetic material, stacked axially along the z axis.
  • the studs 50 constitute volumes protruding from the support face 5A or 5B of the cylinder head 5, and are separated by notches 51. As will be seen later, the studs 50 may have shape variants. On the other hand, for the same electromagnetic assembly according to the present invention, the studs 50 of the cylinder head 5 all preferably have the same shape.
  • the studs 50 are one with the body of the cylinder head 5 because they are manufactured integrally with the body of the cylinder head 5 from pre-cut sheets or powder, in particular a ferromagnetic powder, agglomerated, in particular by pressing, sintering or any other method, whose circumference follows the geometry of the body of the yoke 5 and the studs 50.
  • the one-piece part comprising the studs 50 and the yoke 5 can be split into several identical or different sub-assemblies, in order to facilitate their assembly and the winding.
  • all the pads 50 or a part of the pads 50 are removable.
  • the pads 50 are associated with the body of the yoke 5 by interlocking with or without play and / or by bonding and / or by an interface element and securing.
  • the body of the yoke 5 preferably has receiving housings for housing a base of the studs 50, in particular in a form of mutual cooperation with the shape of the base of the studs 50, for example in the form of a tail. dove.
  • the depth of the reception housing is preferably limited to 10 mm, and is in particular of the order of 1 mm.
  • the removability of the pads 50 has the particular advantage of facilitating the insertion of the coil.
  • the magnetic flux when the coil 6 is supplied with current, is intended to be oriented substantially radially in the air gap 3.
  • radial direction is meant for the electromagnetic assembly according to the present invention, a direction corresponding to a radial direction with respect to the cylinder head 5.
  • the essential feature of the present invention relates in particular to the single yoke 5 of the electromagnetic assembly 1 and the arrangement of the studs 50 on the yoke 5 whose distribution will be detailed later.
  • the yoke 5 according to the present invention as illustrated in FIGS. 2 to 4 and in the detail view of FIG. 5, provides an electromagnetic assembly with a polyphase structure in which the yoke 5 is unitary, unlike the plurality of C1 cylinder heads to C3 necessary in the realization of the prior art shown in Figure 1.
  • the yoke 5 of the present invention extends over a length L in the z direction smaller than the length L1 of the yoke according to the prior art of FIG. the breech (s).
  • the electromagnetic assembly with three-phase structure of the present invention has a length L of 20% less than the length L1 of the assembly of FIG. 1.
  • the pads 50 are arranged in several groups of pads, for example in three groups A, B and C, as shown diagrammatically in FIG. 4 by the dashed lines. Each group of pads A, B, C corresponds to an electrical phase.
  • the electromagnetic assembly with three-phase structure has three groups to provide a three-phase structure.
  • Each group of pads A, B, C is separated from the next group of adjacent pads by an intergroup distance D.
  • the intergroup distance D is, in a particular configuration, distinct from an inter-pad distance E, or space E, separating two consecutive studs 50 of the same group of pads.
  • the intergroup distance D and the interplanar distance E are understood by considering a median axis X of each pad in the direction perpendicular to the plane of the support surface 5A or 5B.
  • the inter-pad distance E between two pads 50 of the same group of pads is preferably identical. Alternatively, according to particular embodiments, the inter-plot distance E of the same group may be different.
  • each phase of the electromagnetic assembly with polyphase structure 1 corresponds to a single group of pads.
  • the electromagnetic assembly with structure three phase 1 of Figures 2 to 4 comprises twenty-one pads divided into three consecutive groups A, B and C of seven pads, each of groups A, B and C pads being intended to correspond to a phase.
  • the winding 6 of the electromagnetic assembly 1 is divided into distinct winding groups 60, 61, and 62, in particular three winding groups 60, 61, and 62, each associated respectively with each of the groups of pads, in particular three groups of pads. .
  • the cluster group configuration combined with an intergroup distance D distinct from the inter-pad distance E between two pads 50 of the same group of pads 50 makes it possible, when the winding groups 60 to 62 are electrically powered, to provide an offset. between the phases providing an electromagnetic assembly with a polyphase structure, here three-phase.
  • the electromagnetic assembly with a polyphase structure 1 as illustrated in the figures has a three-phase structure. Thus, on a single cylinder head 5, a polyphase structure is produced.
  • the electromagnetic assembly with a polyphase structure forms a one-piece assembly, that is to say with magnetic poles associated with a single yoke, unlike the prior art illustrated in FIG. 1, which has several yokes assembled consecutively along the axis z, each of the breeches forming with its pads a single phase.
  • each winding group 60, 61, 62, associated with each group of pads 50 is an electrical conductor consisting of an electric wire or several electrical son grouped, being between them isolated or not, to form only one electric wire.
  • the electric wire may have a solid or hollow section, may have a shaped section flat, hexagonal, round, square, rectangular, or any other shape, regular or non-regular.
  • the electric wire is associated with each stud forming one or more turns (for example twenty-four turns in an embodiment).
  • the winding is associated with each pad by being wound around the stud, so-called nested manner, or is affixed alternately only against one of the polar faces of each pad according to an alternation of the polar faces at each consecutive pad, so-called corrugated as illustrated in FIGS. 9c and 11a.
  • the coils 60, 61 and 62 are supplied separately by a polyphase power supply whose number of phases corresponds to the number of groups of pads and therefore of the phases of the electromagnetic assembly 1.
  • the coils 60, 61 and 62 are connected according to a star or triangle connection or zigzag or other.
  • the input and the power supply output of each winding is respectively located at each of the end pads of each group of pads.
  • the yoke 5 is, in the example, Figures 2 to 5 of annular form. Depending on the applications, other non-annular head geometries may be used. By way of non-limiting examples, FIGS. 7a to 10 illustrate several variants.
  • Figures 7a and 7b illustrate a cylinder head 5 of discoidal shape with the pads 50 projecting from one of the faces of the yoke 5, said disc surfaces.
  • the electromagnetic assembly is of three-phase structure in a distribution of three groups of pads A, B and C, each group comprising, according to the embodiment shown, three pads 50 and being associated with a respective winding 60 to 62 (not shown on the Figure 7b) wound around each stud to form a respective phase.
  • the groups of pads A, B and C are separated from the intergroup distance D.
  • the electromagnetic element 2, as shown in FIG. 7b, opposite has a magnetic element 2, in particular formed of magnets 20.
  • the magnetic flux with the coils 60 to 62 associated is intended to be substantially axial, that is to say perpendicular to the support surface 5A of the cylinder head 5 of disc shape.
  • FIG. 8 illustrates an electromagnetic assembly 1 whose electromagnetic bolt 5 is of parallelepipedal shape.
  • the electromagnetic assembly has a three-phase structure in a distribution of three groups A, B and C of parallelepipedal pads 50, each associated with a coil 60 to 62 to form the respective phases separated by an intergroup distance D.
  • the pads 50 protrude by relative to the support surface 5A of the cylinder head 5 of rectangular shape.
  • the electromagnetic assembly 1 is associated with an electromagnetic element 2 facing the studs 50 so as to form a gap 3.
  • the magnetic flux is intended to be perpendicular to the support surface 5A of the cylinder head 5.
  • FIGS. 9a to 9c illustrate yet another embodiment of a cylinder-shaped yoke 5 for the electromagnetic assembly of the invention 1.
  • the electromagnetic assembly 1 is associated with a magnetic element 2, in particular formed of magnets 20.
  • the yoke 5 comprises eighteen magnetic poles distributed in three groups of studs 50 associated with three winding groups. 60 to 62 (not shown in FIGS. 9a and 9b) to respectively form three phases A, B and C separated from the intergroup distance D.
  • the magnets are placed opposite studs 50 while leaving an air gap 3.
  • the yoke 5 is formed of two cylindrical portions 52 and 53 opposite assembled to each other integrally only after assembly of the windings.
  • Each cylindrical portion 52, 53 of the yoke 5 comprises half of the total number of pads.
  • each stud 50 of a group is spaced apart, that is to say angularly offset, from the next stud by an offset distance G adapted to accommodate a stud of the part cylindrical breech 5 facing, as shown in Figure 9c.
  • the yoke 5 obtained constitutes a unitary assembly.
  • the pads 50 are arranged to constitute an intergroup distance D distinct from the inter-plot distance E.
  • the studs 50 are indented at their base providing a recess 54, recessed or projecting, for winding the coils 60 to 62, in particular undulating manner.
  • Such a configuration of the pads 50 allows to gain volume parallel to the polar faces.
  • Such a shape is usually referred to as "claw shape”.
  • the pads 50 may also have various shapes.
  • the pads have:
  • FIG. 7a a cylindrical shape with a circular section, as shown in FIG. 7a;
  • FIG. 10 a cylindrical shape with a polygonal section, as shown in FIG. 10;
  • FIG. 9c a claw shape, as shown in FIG. 9c and FIG. a mushroom shape, as shown in FIG.
  • a surface 55 of the pads, opposite to a surface of the plates integral with the support face 5A is intended to be facing the magnetic element 2, may have a shape that does not follow the shape of the line of the magnetic element 2 vis-à-vis, so as to provide a variable air gap.
  • a surface shape for example convex, can be envisaged.
  • the studs 50 and thus the yoke 5 have a length L in the direction perpendicular to the polar faces, in particular along the z axis for an annular or cylindrical yoke, or in the direction perpendicular to the direction of arrangement of the groups of studs.
  • each of the phases corresponds to a group of pads.
  • the groups of pads are arranged consecutively relative to each other and preferably each have a coil distinct from the adjacent group.
  • each phase corresponds to the combination of at least two remote groups, that is to say two groups that do not follow each other consecutively, associated with the same separate winding of the winding of the others. groups. Remote groups associated with the same winding are called subgroups.
  • the yoke 5b of FIG. 6 is equivalent to the yoke 5 of FIG. 12 in terms of distribution of the studs, the difference residing in that the studs of FIG. 6 are on the internal face 5B of the stud 5 while the studs of Figure 12 are on the outer face 5A of the yoke 5.
  • the electromagnetic assembly with a polyphase structure 1 of FIG. 12 is associated with a magnetic element 2 opposite, in particular composed of magnets 20, arranged at a distance to provide an airgap 3.
  • the yoke 5 of the electromagnetic assembly with polyphase structure 1 is of annular shape, two subgroups of pads, in particular a pair of distant and non-adjacent groups, intended to form a phase with the associated winding are then arranged diametrically opposed.
  • the yoke 5 comprises eighteen pads numbered P1 to P18 and divided into six subgroups A1, B1, C1, A2, B2, C2, each of three pads.
  • the first phase corresponds to the two diametrically opposite subgroups A1 and A2 with the pads numbered P1, P2, P3, on the one hand, and P10, P1 1, P12, on the other hand.
  • the second phase corresponds to the two diametrically opposed subgroups B1 and B2 with the pads P4, P5, P6, on the one hand, and P13, P14, P15, on the other hand.
  • the third phase corresponds to the two diametrically opposite C1-C2 subgroups comprising the pads P7, P8, P9, on the one hand, and P16, P17, P18, on the other hand.
  • the groups of pads, or subgroups, adjacent A1 to C2 are preferably equidistant from each other, that is to say that the intergroup distance is identical.
  • B1 and B2 C1 and C2 is associated a respective winding 60, 61 and 62 to form the three phases respectively.
  • Figure 13 shows each of the windings 60 to 62 of the three phases. Each respective winding passes around the pads of each pair of subgroups.
  • the first winding 60 is associated with the pads P1, P2, P3, P10, P1 1 and P12, the input of the power supply being at the pad P1 and the output at the pad P12.
  • the second winding 61 is associated with the pads P4, P5, P6, P13, P14, P15, the input of the power supply being at the pad P4 and the output at the pad P15.
  • the third winding 62 is associated with the pads P7, P8, P9, P16, P17 and P18, the input of the power supply being at the pad P7 and the output at the pad P18.
  • the current direction is symbolized by arrows in Figure 13.
  • the coils 60, 61 and 62 are supplied separately by a polyphase power supply whose number of phases corresponds to the number of pairs of subgroups of pads.
  • each phase corresponding to each group of pads, each group taken consecutively, or each phase corresponding to at least two groups of non-consecutive pads called subgroups an offset ⁇ between the phases is given in a preferred embodiment, by the following formula, which is expressed in electric angle,
  • Each group, or subgroup, of pads preferably comprises an identical number of pads 50.
  • the groups of pads may comprise a different number of pads 50.
  • the number of magnetic poles Np of the magnetic element 2, in particular a rotor according to the exemplary embodiment presented, opposite the electromagnetic assembly with a multiphase structure 1 of the present invention is a function of the number of pads 50 of all electromagnetic polyphase structure 1 and the number of groups of pads.
  • Np (Nphases * Nssgroups * Nplots-ssgroup) + kd where Nphases is the number of phases
  • Nssgroups is the number of subgroups

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Abstract

La présente invention concerne un ensemble électromagnétique à structure polyphasée (1) comportant - une culasse (5) présentant un corps électromagnétique, - une pluralité de plots (50) espacés en saillie par rapport à l'une des faces de support (5A, 5B) de la culasse (5) et agencés consécutivement le long de la périphérie de la face de support (5A, 5B) de la culasse (5), et - au moins un bobinage (6) associé aux plots (50), dans lequel - la culasse (5) est unique, - la pluralité de plots (50) est agencée en au moins deux groupes de plots (A, B, C), dans lesquels deux plots (50) consécutifs d'un même groupe de plots (A, B, C) sont espacés d'une distance inter-plot (E) et chaque groupe de plots (A, B, C) est séparé du groupe de plots adjacent (A, B, C), d'une distance intergroupe (D) distincte de la distance inter-plot (E).

Description

ENSEMBLE ELECTROMAGNETIQUE A STRUCTURE POLYPHASEE
La présente invention concerne un ensemble électromagnétique à structure polyphasée avec bobinage. On entend par structure polyphasée au regard de l'ensemble électromagnétique avec bobinage, un ensemble électromagnétique avec bobinage dont le nombre de phases est supérieur à un.
Plus spécifiquement, la présente invention sera décrite en regard d'une utilisation d'un tel ensemble électromagnétique en tant que stator ou rotor d'un moteur électrique, possédant notamment un mode de fonctionnement moteur et/ou générateur, sans toutefois y être limitée.
La présente invention peut s'appliquer à toute utilisation d'un tel ensemble électromagnétique dans une machine tournante électrique, autre qu'un moteur, et à tout dispositif tournant utilisant une culasse électromagnétique présentant les caractéristiques selon la présente invention.
Par exemple, la présente invention trouve également une application dans le domaine des capteurs de position, des capteurs de vitesse ou des capteurs d'accélération. De manière connue, une culasse électromagnétique est le plus souvent de forme cylindrique, pleine ou creuse, s'étendant selon un axe longitudinal (dit axe z), et comporte une alternance de pôles magnétiques saillants, constitué par une alternance de plots (ou dents) et d'encoches, les plots étant en saillie de la face intérieure ou extérieure du corps de la culasse électromagnétique et équidistants.
De plus, il est connu une culasse électromagnétique à structure monophasée comportant un seul bobinage s'étendant depuis une entrée d'alimentation électrique jusqu'à une sortie d'alimentation électrique et enroulé autour de chaque plot, dit magnétique, afin de créer un flux entrant et un flux sortant alternativement entre les plots successifs et équidistants. Le bobinage peut être réalisé de façon ondulée, c'est-à-dire passant d'un plot à un autre en changeant de face à chaque plot, ou imbriquée, c'est-à-dire en entourant totalement chacun des plots. Le bobinage est à une ou plusieurs spires.
La culasse électromagnétique à structure monophasée ainsi réalisée est destinée à être placée en vis-à-vis d'un élément électromagnétique, par exemple composé d'aimants, et à distance de celui-ci pour ménager une surface d'entrefer électromagnétique.
Pour fabriquer une machine électrique polyphasée, on assemble, tel qu'illustré sur la figure 1 , plusieurs culasses électromagnétiques à structure monophasée C1 à C3, telles que décrites précédemment, empilées selon l'axe z. Chaque culasse électromagnétique à structure monophasée C1 à C3 est dotée d'une pluralité de plots P équidistants sur la périphérie de la culasse électromagnétique et forme avec son bobinage associé une phase. En assemblant trois culasses électromagnétiques, l'ensemble ainsi réalisé forme une structure triphasée. II est recherché que les bobinages respectifs des culasses électromagnétiques à structure monophasée ne soient pas en contact afin d'éviter tout court-circuit. Aussi, en empilant les culasses électromagnétiques dotées de leur bobinage, on veille à les espacer les unes des autres pour éviter qu'elles ne se touchent. De plus, les culasses électromagnétiques sont agencées entre elles de manière à assurer un décalage angulaire entre les plots de deux culasses électromagnétiques consécutives. Un tel décalage angulaire est égal à
360 (2 * Np * Nphases), où Np est le nombre des pôles magnétiques, et Nphases, le nombre de culasses électromagnétiques à structure monophasée (également appelé nombre de phases).
Dans un moteur électrique, il est toujours recherché d'augmenter le nombre de phases, au-delà de l'unité, ce qui permet un démarrage du moteur électrique, ou d'améliorer un facteur de forme électrique du moteur électrique afin de réduire que le couple soit puisé de façon excessive.
Ceci est généralement obtenu en assemblant une pluralité de culasses électromagnétiques à structure monophasée. Cependant, un tel assemblage augmente l'encombrement du moteur selon l'axe z, puisqu'il est nécessaire d'espacer entre elles les culasses électromagnétiques bobinées à structure monophasée. En particulier, chaque phase ajoutée augmente la longueur initiale du moteur afin de notamment préserver un espace entre chaque culasse électromagnétique. Or, dans certaines applications, l'encombrement peut poser problème et il est ainsi recherché de fournir des moteurs polyphasés de volume le plus réduit possible.
En outre, s'ajoutent des difficultés de conception et de maintenance d'un tel assemblage d'une pluralité d'ensembles électromagnétiques à structure monophasée.
Enfin, le coût de fabrication d'un tel moteur s'en trouve rapidement élevé.
La présente invention vise donc à fournir un ensemble électromagnétique à structure polyphasée ne présentant pas les inconvénients précités. Elle a notamment pour but de minimiser le volume occupé par un tel ensemble. La présente invention présente également l'avantage, par son utilisation dans un moteur électrique, de permettre une augmentation du couple du moteur, sans affecter l'encombrement. D'autres avantages de l'ensemble électromagnétique à structure polyphasée de la présente invention seront détaillés dans la description qui suit. Selon la présente invention, l'ensemble électromagnétique à structure polyphasée comporte une culasse présentant un corps électromagnétique et une pluralité de plots espacés, en saillie par rapport à une face de support de la culasse, cette face de support de la culasse étant avantageusement une des faces de la culasse, et agencés consécutivement le long de la périphérie de la face de support de la culasse, ainsi qu'un bobinage associé aux plots. De plus, la culasse est unique, c'est-à-dire que l'ensemble ne comporte qu'une seule culasse, et la pluralité de plots est agencée en au moins deux groupes de plots dans lesquels deux plots consécutifs d'un même groupe de plots sont espacés d'une distance inter-plot et chaque groupe de plots est séparé du groupe de plots adjacent, d'une distance intergroupe distincte de la distance inter- plot.
Des plus, avantageusement, un bobinage est associé à chaque groupe de plots.
On entend par « groupe adjacent », le groupe de plots qui suit immédiatement après un groupe de plots au regard de l'agencement consécutif des plots et groupes de plots.
En fonction de la structure de la culasse, les plots pourront avoir des formes et dimensions différentes.
De préférence, les plots de la culasse présentent tous la même forme.
La forme géométrique d'un plot pouvant varier selon la culasse et l'application visée, la distance intergroupe est considérée comme la distance angulaire séparant les axes médians perpendiculaires à la face de support de deux plots consécutifs appartenant à deux groupes adjacents. La distance inter-plot est considérée comme la distance angulaire séparant les axes médians perpendiculaires à la face de support, de deux plots consécutifs appartenant à un même groupe. Selon une caractéristique, le corps de la culasse est annulaire, ou cylindrique en une ou deux parties annulaires, ou cylindriques aboutées, notamment selon l'axe longitudinal du cylindre, ou discoïdale, ou parallélépipédique. Si la culasse magnétique présente un corps de forme discoïdale ou annulaire, la face de support depuis laquelle s'étendent en saillie les plots est de géométrie de préférence circulaire. De plus, les plots sont agencés consécutivement selon la périphérie circulaire de la face de support. Toutefois, d'autres géométries sont envisageables pour les plots, en particulier tronconiques.
Si la culasse magnétique est de forme linéaire, c'est-à-dire qu'elle se présente sous une forme parallélépipédique, les plots sont agencés consécutivement le long d'un côté droit de la culasse.
Ainsi, sur une même surface et via une culasse unique, on parvient à obtenir un ensemble électromagnétique à structure polyphasée sans avoir, comme dans l'art antérieur, à empiler successivement selon l'axe z plusieurs culasses électromagnétiques. De plus, il est ainsi possible de s'affranchir de l'espace séparant deux culasses successives.
Par conséquent, la présente invention permet de réaliser un ensemble électromagnétique à structure polyphasée, compacte et réduite en dimension selon l'axe z. Au final, la présente invention permet avantageusement une réduction de l'encombrement total d'un ensemble électromagnétique à structure polyphasée.
Dans la suite de la description, quelle que soit la forme de la culasse, l'axe z s'entend par l'axe qui correspond à l'axe selon lequel il faudrait empiler axialement plusieurs culasses à structure monophasée si l'ensemble de l'invention ne proposait pas la particularité d'agencement des plots électromagnétiques. L'axe z est également perpendiculaire au flux magnétique induit dans l'entrefer procuré lorsqu'un autre élément électromagnétique est mis en regard et à distance des plots électromagnétiques, et qu'un courant électrique est appliqué au bobinage. Pour une culasse annulaire ou discoïdale, l'axe z est perpendiculaire au plan radial. Pour une culasse parallélépipédique, dite aussi linéaire, l'axe z est perpendiculaire à la direction longitudinale des plots.
Pour une culasse cylindrique en au moins deux parties annulaires ou cylindriques aboutées, chaque partie comporte un nombre respectif de plots répartis de manière espacée pour qu'entre deux plots consécutifs d'une partie, l'espace permette d'accueillir un plot d'une autre partie. Les plots des parties annulaires ou cylindriques aboutées sont ainsi associés tête-bêche et parallèlement entre eux tout en respectant les distances intergroupes et inter-plot revendiquées. On entend par « bobinage associé à chaque groupe de plots » dans la suite de la description, un bobinage présentant une entrée d'alimentation électrique et une sortie d'alimentation électrique pour chaque groupe de plots ou pour chaque combinaison de sous-groupes. Une combinaison de sous-groupes est définie plus loin. La configuration en groupe des plots, combinée à une distance intergroupe distincte de la distance inter-plot, permet, lorsque le bobinage est alimenté électriquement, de procurer une pluralité de phases électriques avec un décalage électrique entre les phases, fournissant un ensemble électromagnétique à structure polyphasée. Par conséquent, l'ensemble électromagnétique à structure polyphasée est selon la présente invention de type « monobloc » en compactant les phases dans un seul volume annulaire, discoïdal ou parallélépipédique, sans avoir besoin d'empiler une pluralité de culasses électromagnétiques dans des plans consécutifs parallèles et espacés. On entend par « monobloc », le fait que l'ensemble électromagnétique à structure polyphasée ne comprend qu'une seule culasse formant avec les groupes de plots une masse unitaire.
La structure polyphasée est obtenue à partir d'une seule et unique culasse. La masse unitaire de l'ensemble électromagnétique de l'invention procure une structure polyphasée selon un encombrement plus réduit que celui qui serait nécessaire à un ensemble de l'art antérieur pour lequel la structure polyphasée est obtenue en empilant et espaçant plusieurs culasses à structure monophasée. Une telle conception monobloc de l'ensemble électromagnétique à structure polyphasée présente des avantages supplémentaires et/ou alternatifs à celui d'un encombrement réduit, en particulier :
- on parvient à concentrer un même nombre de phases dans un encombrement plus réduit et à fournir une longueur axiale qui permet d'augmenter le couple du moteur ;
- on réduit le volume du bobinage, et donc on parvient à une réduction de la quantité utilisée de fil électrique, généralement en cuivre, ce qui diminue également les coûts de fabrication ;
- on diminue la longueur de fil électrique du bobinage total pour l'ensemble des phases, et donc on parvient à diminuer la résistance électrique, et par conséquent de diminuer les pertes par effet Joule ;
- on définit un agencement des plots tel que ces derniers ne sont plus équidistants sur la totalité de la circonférence impliquant un décalage angulaire avec l'autre élément magnétique destiné à être positionné en vis-à-vis, par exemple un rotor si l'ensemble électromagnétique de l'invention est un stator, et donc on parvient à réduire le couple de retenue du moteur (généralement qualifié par l'anglicisme « Cogging ») et ainsi facilite le lancement en rotation du rotor ; - l'entretien de l'ensemble électromagnétique, et donc on parvient à faciliter l'entretien du moteur électrique intégrant un tel ensemble électromagnétique ;
- le montage et le démontage de l'ensemble électromagnétique à structure polyphasée sont aisés ;
- les coûts de fabrication sont réduits;
- les risques d'usures dues aux vibrations pour les moteurs à haute vitesse sont diminués.
Selon une autre caractéristique, l'ensemble électromagnétique à structure polyphasée comporte plusieurs phases de sorte que chaque phase de l'ensemble électromagnétique à structure polyphasée correspond
- soit à chacun des groupes de plots, les groupes étant considérés consécutivement et un bobinage distinct étant associé à chaque groupe,
- soit à au moins deux groupes distants (deux groupes ne se suivant pas consécutivement) associés à un même bobinage distinct du bobinage des autres groupes.
La combinaison d'au moins deux groupes distants associés à un même bobinage est définie dans l'invention comme des sous-groupes. Lorsque la culasse est annulaire ou discoïdale et que deux sous-groupes constituent une phase, les deux sous-groupes sont agencés de manière diamétralement opposés.
Lorsque la culasse est parallélépipédique et que deux sous-groupes constituent une phase, les deux sous-groupes sont agencés de part et d'autre du premier groupe de phases formé de sous-groupes.
Lorsque l'ensemble électromagnétique à structure polyphasée comporte, de façon préférentielle, des groupes de plots répartis en sous-groupes tels que précités, la distance intergroupe, définie plus haut et correspondant à deux groupes adjacents, reste la même. Ainsi, la distance intergroupe est aussi la distance séparant un plot d'extrémité, selon l'axe médian perpendiculaire à la face de support, d'un premier sous-groupe d'un groupe, du plot immédiatement après, selon l'axe médian perpendiculaire à la face de support, du sous-groupe d'un autre groupe agencé de manière adjacente au premier groupe.
Selon un mode de réalisation particulier, les distances intergroupes sont identiques sur l'ensemble de la culasse.
Lorsque chacune des distances intergroupes est la même sur la totalité de la périphérie de la culasse, elle est sensiblement égale à un angle électrique qui correspond à
- 180 Nphases, lorsque le nombre de phases est impair, et
- 360 Nphases, lorsque le nombre de phases est pair,
où Nphases est le nombre de phases, notamment en considérant que la distance inter-plot de chaque groupe ou chaque sous-groupe est identique et est égale à 180° électriques.
Un angle électrique est défini comme étant égal à un tour complet mécanique, soit 360° divisé par le nombre de paires de pôles. Lorsque la structure est linéaire, l'angle électrique est défini comme ayant une valeur égale à 360° à la distance séparant deux paires de pôles consécutifs.
Ainsi, préférentiellement, les groupes ou sous-groupes de plots sont répartis de manière équilibrée, selon une équidistance entre chaque groupe ou sous-groupe, sur la surface de la culasse, la distance intergroupe étant donc identique. Une telle disposition permet d'obtenir un équilibre des forces électriques radiales pour un ensemble électromagnétique à culasse annulaire ou discoïdale.
De préférence, selon l'application visée, en particulier pour un moteur, le nombre de sous-groupes de plots est préférentiellement un nombre pair et/ou le nombre de groupes correspondant au nombre de phases est préférentiellement un nombre impair.
A titre d'exemple, l'ensemble électromagnétique à structure polyphasée est à structure triphasée et comporte
- soit trois groupes de plots, chacun des groupes correspondant à une phase,
- soit trois paires de sous-groupes de plots, chaque paire de sous- groupes correspondant à un phase et les deux sous-groupes de chaque paire étant agencés diamétralement opposés et associés à un même bobinage.
Dans un autre exemple de réalisation, l'ensemble électromagnétique à structure polyphasée présente une structure à cinq phases et comporte cinq groupes de plots associés chacun à un bobinage distinct.
Selon une caractéristique préférée, chaque groupe de plots ou de sous- groupe comporte un nombre identique de plots, soit impair, soit pair.
L'ensemble électromagnétique à structure polyphasée comporte un bobinage par groupe de plots ou par combinaison de sous-groupes, telle que notamment par paire, chaque bobinage étant formé par une ou plusieurs spires associées à chacun des plots. Les bobinages des groupes peuvent être connectés en série ou en parallèle, ou de toute autre façon.
Un bobinage peut être réalisé
- de façon ondulée, c'est-à-dire passant d'un plot à un autre, en passant alternativement d'une face polaire d'un plot à une face polaire opposée pour le plot suivant, ou
- de façon imbriquée en entourant totalement chacun des plots.
On entend de manière connue par faces polaires, les faces des plots s'étendant dans des plans perpendiculaires à l'axe z. Dans une réalisation particulière, certains plots ne sont pas bobinés, ou bien reçoivent un double bobinage.
Avantageusement, les bobinages sont destinés à être alimentés électriquement par un courant polyphasé équilibré. Cependant, le courant peut ne pas être équilibré.
De préférence, le courant alimentant le bobinage de chaque groupe ou de combinaison de sous-groupes pour chaque phase est calé de manière angulaire par rapport au déphasage électrique entre les phases.
Par ailleurs, le courant traversant chaque bobinage peut être sinusoïdal, triangulaire, rectangulaire, notamment rectangulaire à trois niveaux, etc.
A titre d'exemples non-limitatifs, les plots peuvent présenter des formes diverses, telles qu'une forme cylindrique à base circulaire ou polygonale, ou une forme en champignon, ou une forme pleine évasée de préférence divergente vers l'opposé de la face de support, et/ou une forme pleine présentant sur au moins l'une des faces polaires un évidement, de préférence présentant un seul évidement tel que chaque évidement de deux plots consécutifs est alternativement disposé sur chaque face polaire, notamment pour associer le bobinage de façon ondulée.
De préférence, les plots d'un même ensemble électromagnétique à structure polyphasée ont la même forme.
Selon encore une autre caractéristique, un ou plusieurs plots sont rapportés de manière amovible contre la culasse, en particulier par emboîtement avec ou sans jeu, et/ou collage et/ou par un élément d'interface et de solidarisation. Notamment, les plots peuvent présenter une embase destinée à coopérer avec la face de support selon une coopération en forme de queue d'aronde.
En particulier, chaque plot présente une surface opposée à la face de support de la culasse et destinée à être en regard d'un entrefer, possédant une forme convexe, de sorte à procurer un entrefer de distance variable. Une telle géométrie permet à la tension induite d'être de forme sinusoïdale.
La présente invention est également relative à un dispositif comprenant un tel ensemble électromagnétique à structure polyphasée et un élément électromagnétique placé en vis-à-vis de l'entrefer, telle qu'à aimants, agencé en vis-à-vis et à distance pour ménager entre l'élément et l'ensemble, un entrefer.
Dans d'autres réalisations alternatifs de la présente invention, il est possible de placer face à l'ensemble électromagnétique à structure polyphasée, en vis-à-vis de l'entrefer, un ensemble des cales magnétiques concentrant le flux d'aimants, ou une cage sensiblement similaire à celle des moteurs d'induction à cage, ou un jeu de bobines en court-circuit, ou une armature bobinée monophasée ou polyphasée, ou une armature non-bobinée telle qu'utilisée dans les machines à réluctance variable, comportant un nombre de dent, laquelle armature comporte un nombre de pôles répartis de façon sensiblement égale à la périphérie de l'entrefer, distants entre eux de 180° électriques
Lorsque la culasse de l'ensemble électromagnétique à structure polyphasée est de forme cylindrique, les plots font saillie par rapport à la surface cylindrique soit interne, soit externe. Dans une utilisation avec un élément électromagnétique en regard et espacé, la culasse sera alors respectivement soit dite externe et agencée autour de l'élément électromagnétique, soit dite interne avec l'élément électromagnétique agencé autour.
Lorsque la culasse de l'ensemble électromagnétique à structure polyphasée est de forme discoïdale ou parallélépipédique (ou linéaire) pour une application de moteur électrique, la culasse sera agencée soit à droite, soit à gauche. Dans un mode de réalisation alternatif de la présente, il est possible que les phases ne comportent pas le même nombre de plots. Dans une configuration particulière, il est possible que les sous-groupes de plots ne comportent pas tous le même nombre de plots. Selon l'application et le mode de réalisation de l'élément électromagnétique associé à l'ensemble électromagnétique à structure polyphasée de l'invention, la culasse sera soit fixe, soit tournante.
La présente invention est également relative à une machine comprenant l'ensemble électromagnétique à structure polyphasée de l'invention, telle qu'une machine électrique tournante ou statique, notamment une machine à courant continu, synchrone à aimants, synchrone à rotor bobiné, asynchrone à rotor à cage d'écureuil, asynchrone à rotor bobiné, pas à pas (dite à réluctance variable), un moteur électrique, un alternateur, un démarreur, un ralentisseur, un capteur de position, un capteur de vitesse, un capteur d'accélération, ou toute autre application.
La présente invention s'applique également à une armature fixe ou mobile, placée à l'intérieur ou à l'extérieur de l'armature en vis-à-vis, ou à droite ou à gauche de celle-ci. L'armature en vis-à-vis peut comporter des aimants, des électro-aimants, des plots non-alimentés. De plus, L'armature en vis-à-vis peut comporter une « cage d'écureuil ».
De plus, selon la présente invention, les bobinages formant les phases électriques de la machine peuvent être scindés en sous-ensembles identiques ou différents.
La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation donnés à titre illustratif en référence avec les figures annexées, présentés à titre d'exemples non limitatifs, qui pourront servir à compléter la compréhension de la présente invention et l'exposé de sa réalisation et, le cas échéant, contribuer à sa définition, sur lesquelles :
- La figure 1 est une vue en perspective de détail d'un ensemble électromagnétique à structure polyphasée de l'art antérieur ;
- La figure 2 représente une vue en coupe d'un exemple de réalisation d'un ensemble électromagnétique à structure polyphasée selon la présente invention, associée à un élément électromagnétique du type à structure à aimants, avec un entrefer pour fournir un dispositif du type moteur électrique;
- La figure 3 est vue en perspective d'une culasse de l'ensemble électromagnétique à structure polyphasée de la figure 2;
- La figure 4 est vue en coupe de la culasse de la figure 3 ;
- La figure 5 est une vue en perspective de détail de la culasse de la figure 3 ;
- La figure 6 est une vue de dessus d'une culasse d'un ensemble électromagnétique à structure polyphasée de la présente invention selon une variante de réalisation relative à la disposition des plots ;
- La figure 7a illustre une vue en perspective d'une variante de forme géométrique d'une culasse de l'ensemble électromagnétique polyphasée de la présente invention, selon une forme discoïdale ;
- La figure 7b est une vue partielle en coupe de la culasse de de la figure 7a associée à un élément électromagnétique en regard pour procurer un entrefer ;
- La figure 8 illustre une vue en perspective d'un autre exemple d'un ensemble électromagnétique de la présente invention, la culasse étant de forme générale parallélépipédique ;
- Les figures 9a et 9b sont respectivement des vues en perspective et en coupe d'un autre exemple d'un ensemble électromagnétique de la présente invention, la culasse étant de forme générale cylindrique ;
- La figure 9c est une vue éclatée de l'ensemble électromagnétique de la figure 9a ; La figure 10 est une vue en perspective d'une culasse de forme discoïdale de l'ensemble électromagnétique polyphasée de la présente invention selon une variante de forme des plots ;
Les figures 1 1 a à 1 1 d illustrent des exemples de formes géométriques des plots de l'ensemble électromagnétique de la présente invention ;
La figure 12 est une vue en coupe d'un autre exemple de réalisation d'une culasse de l'ensemble électromagnétique de la présente invention ; et
La figure 13 est une vue schématique de bobinages associés à la culasse de la figure 12.
La figure 1 illustre un ensemble électromagnétique à structure polyphasée, en l'occurrence triphasée dans l'exemple présenté à la figure 1 , de l'art antérieur. Un tel ensemble électromagnétique comprend trois culasses électromagnétiques annulaires C1 , C2 et C3, respectivement dotée de plots P équidistants sur leur périphérie. Chaque culasse électromagnétique C1 , C2 et C3 est destinée à correspondre à une phase.
Les culasses électromagnétiques C1 , C2 et C3 sont empilées selon un axe z et sont espacées pour permettre l'intégration d'un bobinage (non illustré) associé et agencé autour des plots P de chaque culasse électromagnétiques C1 , C2 et C3 de sorte que les bobinages ne se touchent pas au niveau de faces polaires F des plots P. Les faces polaires F des plots P sont perpendiculaires à l'axe z.
Les culasses électromagnétiques C1 , C2 et C3 sont agencées entre elles de manière à assurer un décalage angulaire entre les plots P de deux culasses consécutives C1 et C2, d'une part, et C2 et C3, d'autre part. Ainsi agencé, selon l'axe z, l'ensemble présente une longueur L1 .
La figure 2 présente un ensemble électromagnétique à structure polyphasée 1 selon la présente invention et dont une culasse est illustrée sur les figures 3 à 5. Plus spécifiquement, la figure 2 présente un ensemble électromagnétique à structure polyphasée 1 selon la présente invention dans une configuration où chaque phase est formée d'un groupe comportant chacun sept dents. L'ensemble électromagnétique à structure polyphasée 1 est destiné à occuper un volume moindre que l'ensemble électromagnétique à structure polyphasée de l'art antérieur présenté à la figure 1 , en particulier en fournissant une longueur L moindre selon l'axe z, tout en procurant des résultats de fonctionnement équivalents. Un tel bénéfice est obtenu par le fait que les bobinages, notamment des têtes de tels bobinages, des différentes phases sont situées dans une même zone cylindrique, ce qui élimine toute interférence axiale entre elles, et permet de raccourcir l'ensemble électromagnétique.
Il est à noter que, sur les figures 2 et suivantes relatives à l'ensemble électromagnétique à structure polyphasée 1 de la présente invention, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références. Ainsi, sauf mention contraire, de tels éléments disposent de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques. La présente invention est propre à l'ensemble électromagnétique à structure polyphasée 1 , destiné à être utilisé notamment en tant que stator dans un moteur électrique, sans être toutefois limité à une telle application. L'ensemble électromagnétique à structure polyphasée 1 peut également être utilisé pour former une armature de machine électrique à courant continu, synchrone à aimants, synchrone à rotor bobiné, asynchrone à rotor à cage d'écureuil, asynchrone à rotor bobiné, pas à pas (dite à réluctance variable), un alternateur, un démarreur, un ralentisseur, un capteur de position, un capteur de vitesse, un capteur d'accélération, etc. L'ensemble électromagnétique à structure polyphasée 1 de la présente invention, aux fins d'utilisation, est, par exemple, un stator de forme générale annulaire et est associé sur sa périphérie externe, tel que présenté en figure 2, à un élément magnétique 2, avantageusement un rotor 2, en regard et à distance pour ménager un entrefer 3.
L'élément magnétique 2 est constitué, à titre d'exemple, d'une pluralité de paires d'aimants 20, 21 disposés, d'une part, côte-à-côte et, d'autre part, en regard et à distance de l'ensemble électromagnétique à structure polyphasée 1 . Chaque paire d'aimants 20, 21 correspond à un pôle magnétique.
Selon l'application visée, l'élément magnétique 2 en regard de l'ensemble électromagnétique 1 peut être composé des plots non-alimentés, notamment dans le cadre d'une machine électrique à réluctance variable, ou d'une cage d'écureuil, notamment dans le cadre d'une machine électrique asynchrone, ou d'une bobine alimentée en courant continu, notamment dans le cadre d'une machine électrique synchrone, ou d'une bobine alimentée en courant alternatif, notamment dans le cadre d'une machine électrique d'induction, ou d'une bobine mise en court-circuit, notamment dans le cadre d'une machine électrique asynchrone. Les aimants ou la bobine de l'élément électromagnétique 2 peuvent être montés sur une surface lisse ou agencés dans des rainures formées à la surface du corps en matériau magnétique de l'élément électromagnétique 2.
L'ensemble électromagnétique à structure polyphasée 1 comporte selon la présente invention une seule et unique culasse 5 dont le corps est annulaire avec une pluralité de plots 50 faisant saillie depuis l'une des faces 5A de la culasse 5, dite face de support 5A de la culasse 5. Dans le mode de réalisation présenté, la face de support 5A de la culasse 5 est une face externe. De plus, un bobinage 6 est associé à chacun des plots 50.
Les figures 3 et 4 illustrent un exemple de réalisation de la culasse 5 de la figure 2. Plus particulièrement, la figure 3 illustre l'exemple de réalisation de la culasse 5 de la figure 2 dans une configuration où chaque phase est formée de deux sous-groupes diamétralement opposés comportant chacun trois dents
La culasse 5 est, dans l'exemple de réalisation, de forme annulaire d'axe médian correspondant à l'axe z qui est perpendiculaire à un plan radial de la culasse 5. Les plots 50 font saillie par rapport à la face externe 5A. En variante, selon l'utilisation, les plots 50 font saillie par rapport à une face interne 5B, faisant office de face de support 5B, du corps de la culasse 5, tels que présentés sur l'exemple de réalisation de la figure 6.
La culasse 5 est, de préférence, faite d'un assemblage, en particulier par rivetage, de tôles en matière ferromagnétique, empilées axialement le long de l'axe z.
Les plots 50 constituent des volumes faisant saillie par rapport à la face de support 5A ou 5B de la culasse 5, et sont séparés par des encoches 51 . Comme il sera vu plus loin, les plots 50 peuvent présenter des variantes de forme. En revanche, pour un même ensemble électromagnétique selon la présente invention, les plots 50 de la culasse 5 présentent tous, de préférence, la même forme.
Dans une forme de réalisation particulière, les plots 50 ne font qu'un avec le corps de la culasse 5 car ils sont fabriqués de manière monobloc avec le corps de la culasse 5 à partir de tôles prédécoupées ou de poudre, notamment une poudre ferromagnétique, agglomérée, en particulier par pressage, frittage ou tout autre procédé, dont le pourtour suit la géométrie du corps de la culasse 5 et des plots 50. En variante, après obtention, la pièce monobloc comprenant les plots 50 et la culasse 5 peut être scindée en plusieurs sous-ensembles identiques ou différents, afin d'en faciliter l'assemblage et le bobinage.
Selon une autre variante de réalisation complémentaire ou alternative, tous les plots 50 ou une partie des plots 50 sont amovibles. Selon ce mode de réalisation, les plots 50 sont associés au corps de la culasse 5 par emboîtement avec ou sans jeu et/ou par collage et/ou par un élément d'interface et de solidarisation.
Le corps de la culasse 5 présente, de préférence, des logements d'accueil pour loger une embase des plots 50, en particulier selon une forme de coopération mutuelle avec la forme de l'embase des plots 50, par exemple en forme de queue d'aronde. La profondeur des logements d'accueil est de préférence limitée à 10mm, et est en particulier de l'ordre de 1 mm. L'amovibilité des plots 50 présente notamment l'avantage de faciliter l'insertion du bobinage.
Par une forme annulaire et un enroulement du bobinage autour des plots 50, le flux magnétique, lorsque le bobinage 6 est alimenté en courant, est destiné à être orienté de manière sensiblement radiale dans l'entrefer 3. On entend par direction radiale pour l'ensemble électromagnétique selon la présente invention, une direction correspondant à une direction radiale par rapport à la culasse 5.
La particularité essentielle de la présente invention porte notamment sur la culasse 5 unique de l'ensemble électromagnétique 1 et l'agencement des plots 50 sur la culasse 5 dont la répartition sera détaillée ultérieurement. Comparativement à la figure 1 , la culasse 5 selon la présente invention, telle qu'illustrée sur les figures 2 à 4 et sur la vue de détail de la figure 5, fournit un ensemble électromagnétique à structure polyphasée dans lequel la culasse 5 est unitaire, contrairement à la pluralité de culasses C1 à C3 nécessaires dans la réalisation de l'art antérieur présentée à la figure 1 .
Tel que présenté notamment sur la figure 5, la culasse 5 de la présente invention s'étend sur une longueur L selon la direction z plus petite que la longueur L1 de la culasse selon l'art antérieur de la figure 1 , à circonférence égale de la/des culasse(s). Ainsi, avantageusement, pour une même circonférence de culasse, l'ensemble électromagnétique à structure triphasée de la présente invention a une longueur L de 20% inférieure à la longueur L1 de l'ensemble de la figure 1 . Selon la présente invention, en regard des figures 2 à 4, les plots 50 sont agencés en plusieurs groupes de plots, par exemple en trois groupes A, B et C, tels que schématisés sur la figure 4 par les traits pointillés. Chaque groupe de plots A, B, C correspond à une phase électrique.
Dans l'exemple de réalisation présenté, l'ensemble électromagnétique à structure triphasée possède trois groupes pour fournir une structure triphasée. Chaque groupe de plots A, B, C est séparé du groupe de plots adjacent suivant d'une distance intergroupe D. La distance intergroupe D est, selon une configuration particulière, distincte d'une distance inter-plot E, ou espace E, séparant deux plots 50 consécutifs d'un même groupe de plots. La distance intergroupe D et la distance inter-plot E s'entendent en considérant un axe médian X de chaque plot la direction perpendiculaire au plan de la face de support 5A ou 5B.
La distance inter-plot E entre deux plots 50 d'un même groupe de plots est, de préférence, identique. Alternativement, selon des exemples particuliers de réalisation, la distance inter-plot E d'un même groupe peut être différente.
Sur l'exemple des figures 2 à 5, chaque phase de l'ensemble électromagnétique à structure polyphasée 1 correspond à un seul groupe de plots. A titre d'exemple, l'ensemble électromagnétique à structure triphasée 1 des figures 2 à 4, comporte vingt et un plots répartis en trois groupes consécutifs A, B et C de sept plots, chacun des groupes A, B et C de plots étant destiné à correspondre à une phase.
Le bobinage 6 de l'ensemble électromagnétique 1 est réparti en groupes distincts de bobinage 60, 61 , et 62, notamment trois groupes de bobinage 60, 61 , et 62, associés chacun respectivement à chacun des groupes de plots, notamment trois groupes de plots.
La configuration en groupe de plots combinée à une distance intergroupe D distincte de la distance inter-plot E séparant deux plots 50 d'un même groupe de plots 50 permet de procurer, lorsque les groupes de bobinage 60 à 62 sont alimentés électriquement, un décalage électrique entre les phases fournissant un ensemble électromagnétique à structure polyphasée, ici triphasée.
L'ensemble électromagnétique à structure polyphasée 1 telle qu'illustrée sur les figures présente une structure triphasée. Ainsi, sur une unique culasse 5, on réalise une structure polyphasée.
L'ensemble électromagnétique à structure polyphasée forme un ensemble monobloc, c'est-à-dire avec des pôles magnétiques associés à une seule culasse, contrairement à l'art antérieur illustré sur la figure 1 qui comporte plusieurs culasses assemblées consécutivement selon l'axe z, chacune des culasses formant avec ses plots une seule phase.
Le bobinage 6, respectivement chaque groupe de bobinage 60, 61 , 62, associé à chaque groupe de plots 50 est un conducteur électrique constitué d'un fil électrique ou de plusieurs fils électriques regroupés, en étant entre eux isolés ou non, pour ne former qu'un seul fil électrique. Le fil électrique peut avoir une section pleine ou creuse, peut présenter une section de forme en méplat, hexagonale, ronde, carrée, rectangulaire, ou encore toute autre forme, régulière ou non régulière. Le fil électrique est associé à chaque plot en formant une ou plusieurs spires (par exemple vingt-quatre spires dans un exemple de réalisation).
Le bobinage est associé à chaque plot en étant enroulé autour du plot, manière dite imbriquée, ou bien n'est apposé en alternance que contre une seule des faces polaires de chaque plot selon une alternance des faces polaires à chaque plot consécutif, manière dite ondulée, telle qu'illustrée sur les figures 9c et 1 1 a.
Alternativement, il est possible de mélanger les types de bobinages ondulés et imbriqués. Préférentiellement, les bobinages 60, 61 et 62 sont alimentés séparément par une alimentation électrique polyphasée dont le nombre de phases correspond au nombre de groupes de plots et donc de phases de l'ensemble électromagnétique 1 .
Les bobinages 60, 61 et 62 sont reliés selon une connexion étoile ou triangle ou zigzag ou autre.
De plus, avantageusement, l'entrée et la sortie d'alimentation électrique de chaque bobinage est respectivement situé à chacun des plots d'extrémité de chaque groupe de plots.
La culasse 5 est, dans l'exemple, des figures 2 à 5 de forme annulaire. Selon les applications, d'autres géométries de culasse que annulaires peuvent être utilisées. A titre d'exemples nullement limitatifs, les figures 7a à 10 illustrent plusieurs variantes.
Les figures 7a et 7b illustrent une culasse 5 de forme discoïdale avec les plots 50 faisant saillie par rapport à l'une des faces de la culasse 5, dite surfaces discoïdales. L'ensemble électromagnétique est à structure triphasée selon une répartition de trois groupes de plots A, B et C, chaque groupe comprenant, selon l'exemple de réalisation présenté, trois plots 50 et étant associé à un bobinage respectif 60 à 62 (non représenté sur la figure 7b) enroulé autour de chaque plot pour former une phase respective. Les groupes de plots A, B et C sont séparés de la distance intergroupe D. L'élément électromagnétique 2, tel que représenté sur la figure 7b, en regard comporte un élément magnétique 2, notamment formé d'aimants 20. Le flux magnétique avec les bobinages 60 à 62 associés est destiné à être sensiblement axial, c'est-à-dire perpendiculaire à la face de support 5A de la culasse 5 de forme discoïdale.
La figure 8 illustre un ensemble électromagnétique 1 dont la culasse électromagnétique 5 est de forme parallélépipédique. L'ensemble électromagnétique est à structure triphasée selon une répartition de trois groupes A, B et C de plots 50 parallélépipédiques, associés chacun à un bobinage 60 à 62 pour former les phases respectives séparées selon une distance intergroupe D. Les plots 50 font saillie par rapport à la face de support 5A de la culasse 5 de forme rectangulaire. L'ensemble électromagnétique 1 est associé à un élément électromagnétique 2 en regard des plots 50 de sorte à former un entrefer 3. Le flux magnétique est destiné à être perpendiculaire à la face de support 5A de la culasse 5.
Les figures 9a à 9c illustrent encore un autre exemple de réalisation d'une culasse 5 de forme cylindrique pour l'ensemble électromagnétique de l'invention 1 . L'ensemble électromagnétique 1 est associé à un élément magnétique 2, notamment formé d'aimants 20. Selon l'exemple de réalisation présenté, la culasse 5 comporte dix-huit pôles magnétiques répartis en trois groupes de plots 50 associés à trois groupes de bobinage 60 à 62 (non représentés sur les figures 9a et 9b) pour former respectivement trois phases A, B et C séparées de la distance intergroupe D. Les aimants sont mis en regard des plots 50 en ménageant un entrefer 3.
Avantageusement, en particulier pour faciliter l'enroulement des bobinages autour des plots 50, la culasse 5 est formée de deux parties cylindriques 52 et 53 en regard assemblées l'une à l'autre de manière solidaire seulement après montage des bobinages. Chaque partie cylindriques 52, 53 de la culasse 5 comporte la moitié du nombre total de plots. Pour chaque partie cylindrique 52, 53 de la culasse 5, chaque plot 50 d'un groupe est espacé, c'est-à-dire décalé angulairement, du plot suivant d'une distance de décalage G adaptée à loger un plot de la partie cylindrique de la culasse 5 en regard, tel que présenté sur la figure 9c.
Une fois les deux parties 52 et 53 assemblées, la culasse 5 obtenue constitue un ensemble unitaire. En outre, les plots 50 sont agencés de manière à constituer une distance intergroupe D distincte de la distance inter-plot E.
Dans une réalisation particulière, les plots 50 sont échancrés en leur base procurant un évidement 54, en retrait ou en saillie, pour enrouler les bobinages 60 à 62, notamment de manière ondulée. Une telle configuration des plots 50 permet de gagner en volume parallèlement aux faces polaires. Une telle forme est usuellement dénommée « forme en griffe ».
Si la culasse peut prendre différentes formes, les plots 50 peuvent également présenter diverses formes.
A titre d'exemples nullement limitatifs, les plots ont :
- une forme cylindrique à section circulaire, telle que présentée en figure 7a ;
- une forme cylindrique à section polygonale, telle que présentée en figure 10 ;
- une forme en griffe, telle que présentée en figure 9c et figure 1 1 a ; - une forme en champignon, telle que présentée en figure 1 1 b ;
- une forme évasée divergente, telle que présentée en figure 1 1 c ;
- une forme évasée en champignon, telle que présentée en figure 1 1 d. Par ailleurs, une surface 55 des plots, opposée à une surface des plats solidaire de la face de support 5A est destinée à être en regard de l'élément magnétique 2, peut présenter une forme qui ne suit pas la forme de la ligne de l'élément magnétique 2 en vis-à-vis, de sorte à procurer un entrefer variable. En particulier, une forme de surface, par exemple convexe peut être envisagée.
Les plots 50 et donc la culasse 5, ont une longueur L selon la direction perpendiculaire aux faces polaires, notamment selon l'axe z pour une culasse annulaire ou cylindrique, ou selon la direction perpendiculaire à la direction d'agencement des groupes de plots.
La longueur L est adaptée en regard de l'application visée. Par exemple pour un moteur, cette longueur sera fonction du couple maximum souhaité et de la circonférence de la culasse 5 lorsque celle-ci est annulaire ou cylindrique. Sur les figures 2 à 5, et 7a à 10, les exemples de réalisation de l'ensemble électromagnétique à structure polyphasée 1 sont tels que chacune des phases correspond à un groupe de plots. Les groupes de plots sont agencés consécutivement les uns par rapport aux autres et possèdent, préférentiellement, chacun un bobinage distinct du groupe adjacent. Dans une variante de réalisation illustrée sur la figure 12, chaque phase correspond à la combinaison d'au moins deux groupes distants, c'est-à- dire deux groupes ne se suivant pas consécutivement, associés à un même bobinage distinct du bobinage des autres groupes. Les groupes distants associés à un même bobinage sont dits sous-groupes. La culasse 5b de la figure 6 est équivalente à la culasse 5 de la figure 12 en terme de répartition des plots, la différence résidant en ce que les plots de la figure 6 sont sur la face interne 5B de la culasse 5 tandis que les plots de la figure 12 sont sur la face externe 5A de la culasse 5. L'ensemble électromagnétique à structure polyphasée 1 de la figure 12 est associé à un élément magnétique 2 en regard, en particulier composé d'aimants 20, agencé à distance pour fournir un entrefer 3.
La culasse 5 de l'ensemble électromagnétique à structure polyphasée 1 est de forme annulaire, deux sous-groupes de plots, en particulier une paire de groupes distants et non adjacents, destinés à former une phase avec le bobinage associé sont alors agencés diamétralement opposés.
A titre d'exemple, la culasse 5 comporte dix-huit plots numérotés de P1 à P18 et répartis selon six sous-groupes A1 , B1 , C1 , A2, B2, C2, de chacun trois plots. La première phase correspond aux deux sous-groupes diamétralement opposés A1 et A2 avec les plots numérotés P1 , P2, P3, d'une part, et P10, P1 1 , P12, d'autre part. La deuxième phase correspond aux deux sous-groupes diamétralement opposés B1 et B2 avec les plots P4, P5, P6, d'une part, et P13, P14, P15, d'autre part. La troisième phase correspond aux deux sous-groupes diamétralement opposés C1 -C2 comprenant les plots P7, P8, P9, d'une part, et P16, P17, P18, d'autre part. Les groupes de plots, ou sous-groupes, adjacents A1 à C2 sont, de préférence, équidistants entre eux, c'est-à-dire que la distance intergroupe est identique. A chaque paire de sous-groupes A1 et A2, B1 et B2, C1 et C2 est associé un bobinage respectif 60, 61 et 62 pour former respectivement les trois phases.
La figure 13 schématise chacun des bobinages 60 à 62 des trois phases. Chaque bobinage respectif passe autour des plots de chaque paire de sous-groupes.
Selon un mode particulier de réalisation, le premier bobinage 60 est associé aux plots P1 , P2, P3, P10, P1 1 et P12, l'entrée de l'alimentation électrique se faisant au niveau du plot P1 et la sortie au niveau du plot P12. Le deuxième bobinage 61 est associé aux plots P4, P5, P6, P13, P14, P15, l'entrée de l'alimentation électrique se faisant au niveau du plot P4 et la sortie au niveau du plot P15. Le troisième bobinage 62 est associé aux plots P7, P8, P9, P16, P17, et P18, l'entrée de l'alimentation électrique se faisant au niveau du plot P7 et la sortie au niveau du plot P18. Le sens du courant est symbolisé par des flèches sur la figure 13.
Les bobinages 60, 61 et 62 sont alimentés séparément par une alimentation électrique polyphasée dont le nombre de phases correspond au nombre de paires de sous-groupes de plots.
Quel que soit le mode de réalisation, (chaque phase correspondant à chaque groupe de plots, chaque groupe pris consécutivement, ou bien chaque phase correspondant à au moins deux groupes de plots non consécutifs dits sous-groupes) un décalage Θ entre les phases est donné, dans une réalisation préférentielle, par la formule suivante, qui est exprimée en angle électrique,
- pour un nombre de phases impair:
o Θ = 180 Nombre de phases, si le nombre de plots par sous- groupe est impair
o θ = 360 Nombre de phases, si le nombre de dents par sous- groupe est pair
- pour un nombre de phases pair:
o θ = 180 Nombre de phases,
Chaque groupe, ou sous-groupe, de plots comporte, de préférence, un nombre identique de plots 50. Alternativement, selon des exemples spécifiques de réalisation, les groupes de plots peuvent comporter un nombre différent de plots 50.
Enfin, le nombre de pôles magnétiques Np de l'élément magnétique 2, en particulier un rotor selon l'exemple de réalisation présenté, en regard de l'ensemble électromagnétique à structure polyphasée 1 de la présente invention est fonction du nombre de plots 50 de l'ensemble électromagnétique à structure polyphasée 1 et du nombre de groupes de plots.
Le nombre de pôles magnétiques Np peut être exprimé dans une réalisation préférentielle de la manière suivante :
Np = (Nphases * Nssgroupes * Nplots-ssgroupe) + kd où Nphases est le nombre de phases,
Nssgroupes est le nombre de sous-groupes,
Nplots-ssgroupe est le nombre de plots par sous-groupe, et si le nombre de phases est pair Kd = Nssgroupes si le nombre de phases est impair et
si Nplots-ssgroupe est impair, Kd = Nssgroupes, ou si Nplots-ssgroupe est pair, Kd = 2 * Nssgroupes
Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment et fournis uniquement à titre d'exemple. Elle englobe diverses modifications, formes alternatives et autres variantes que pourra envisager l'homme du métier dans le cadre de la présente invention et notamment toutes combinaisons des différents modes de fonctionnement décrits précédemment, pouvant être pris séparément ou en association.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Ensemble électromagnétique à structure polyphasée (1 ) comportant
- une culasse (5) présentant un corps électromagnétique, - une pluralité de plots (50) espacés en saillie par rapport à une face de support (5A, 5B) de la culasse (5), et agencés consécutivement le long de la périphérie de la face de support (5A, 5B) de la culasse (5), et
- au moins un bobinage (6) associé aux plots (50),
caractérisé en ce que
- la culasse (5) est unique,
- la pluralité de plots (50) est agencée en au moins deux groupes de plots (A, B, C), dans lesquels deux plots (50) consécutifs d'un même groupe de plots (A, B, C) sont espacés d'une distance inter-plot (E) et chaque groupe de plots (A, B, C) est séparé du groupe de plots adjacent (A, B, C), d'une distance intergroupe (D) distincte de la distance inter-plot (E).
2. Ensemble électromagnétique à structure polyphasée selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le corps de la culasse (5) est annulaire, ou cylindrique en une ou deux parties annulaires, ou cylindriques aboutées, ou discoïdale, ou parallélépipédique.
3. Ensemble électromagnétique à structure polyphasée selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs phases de sorte que chaque phase correspond
- soit à chacun des groupes de plots (A, B, C), les groupes étant considérés consécutivement, et un bobinage distinct étant associé à chaque groupe (60, 61 , 62),
- soit à la combinaison d'au moins deux groupes de plots distants (A1 , A2 ; B1 , B2 ; C1 , C2) associés à au moins un même bobinage (60 ; 61 ; 62) distinct du bobinage des autres groupes.
4. Ensemble électromagnétique à structure polyphasée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les distances intergroupe (D) sont identiques sur l'ensemble de la culasse.
5. Ensemble électromagnétique à structure polyphasée selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chacune des distances intergroupe (E) est égale à un angle électrique qui correspond à
- 180 Nphases, lorsque le nombre de phases est impair et
- 360 Nphases, lorsque le nombre de phases est pair
où Nphases est le nombre de phases.
6. Ensemble électromagnétique à structure polyphasée selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le nombre de sous-groupes de plots est préférentiellement un nombre pair et/ou le nombre de groupes correspondant au nombre de phases est préférentiellement un nombre impair.
7. Ensemble électromagnétique à structure polyphasée selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'il est à structure triphasée et comporte,
- soit trois groupes de plots (A, B, C), chacun des groupes correspondant à une phase,
- soit trois paires de sous-groupes de plots (A1 , A2 ; B1 , B2 ; C1 , C2), chaque paire de sous-groupes de plots (A1 , A2 ; B1 , B2 ;
C1 , C2), correspondant à un phase et les deux sous-groupes de chaque paire étant agencés diamétralement opposés et associés à un même bobinage.
8. Ensemble électromagnétique à structure polyphasée selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que chaque groupe de plots ou de sous-groupe comporte un nombre identique de plots.
9. Ensemble électromagnétique à structure polyphasée selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte un bobinage (60, 61 , 62) par groupe de plots ou par combinaison de sous-groupes formé par une ou plusieurs spires associées à chacun des plots.
10. Ensemble électromagnétique à structure polyphasée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bobinage (60, 61 , 62) est réalisé
- de façon ondulée en passant d'un plot à un autre, en passant alternativement d'une face polaire d'un plot à une face polaire opposée pour le plot suivant, ou
- de façon imbriquée en entourant totalement chacun des plots.
1 1 . Ensemble électromagnétique à structure polyphasée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bobinage (60, 61 , 62) de chaque groupe ou combinaison de sous-groupes pour chaque phase est calé de manière angulaire par rapport au déphasage électrique entre les phases.
12. Ensemble électromagnétique à structure polyphasée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les plots (50) présentent des formes diverses telles qu'une forme cylindrique à base circulaire ou polygonale, ou une forme en champignon, ou une forme pleine évasée de préférence divergente vers l'opposé de la face de support, et/ou une forme pleine présentant sur au moins l'une des faces polaires (F) un évidement (54).
13. Ensemble électromagnétique à structure polyphasée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un ou plusieurs plots (50) sont rapportés de manière amovible contre la culasse.
14. Ensemble électromagnétique à structure polyphasée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque plot (50) présente une surface (55) opposée à la face de support de la culasse (5) et destinée à être en regard d'un entrefer, possédant une forme convexe.
15. Dispositif comprenant un ensemble électromagnétique à structure polyphasée selon l'une quelconque des revendications précédentes et un élément électromagnétique (2) agencé en vis-à-vis et à distance pour ménager entre l'élément électromagnétique (2) et l'ensemble électromagnétique, un entrefer (3).
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