FR2699018A1 - High power polyphase self controlled synchronous machine. - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne une machine synchrone auto pilotée polyphasée de forte puissance. Elle est constituée par un rotor aimanté mobile en rotation par rapport à une partie statorique coaxiale comportant des bobines électriques d'excitation des circuits magnétiques statoriques, ainsi que des moyens d'alimentation comportant des moyens de commutation du courant dans les phases statoriques en fonction de la position. Chacune des bobines est constituée par quatre éléments bobinés identiques indépendants, les moyens d'alimentation comportant des cycloconvertissseurs pour alimenter les quatre éléments bobinés selon un mode de connexion déterminé en fonction de la vitesse de rotation et/ou du courant dans le moteur parmi trois modes de connexion possibles, le premier mode de connexion correspondant à une connexion des éléments intermédiaires en parallèle des quatre éléments bobinés (1 à 4) constituant une bobine, le second mode de connexion correspondant à une connexion des éléments bobinés (1 à 4) intermédiaires deux par deux en parallèle, les deux paires d'élément ainsi constituées étant reliées en série, le troisième mode de connexion correspondant à une connexion en série des éléments bobinés (1 à 4) intermédiaires.The present invention relates to a high-power polyphase self-controlled synchronous machine. It consists of a magnetized rotor movable in rotation with respect to a coaxial stator part comprising electric coils for excitation of the stator magnetic circuits, as well as supply means comprising means for switching the current in the stator phases as a function of the position. Each of the coils is formed by four independent identical wound elements, the supply means comprising cycloconverters to supply the four wound elements according to a connection mode determined as a function of the speed of rotation and / or of the current in the motor from among three modes. possible connection, the first connection mode corresponding to a connection of the intermediate elements in parallel with the four wound elements (1 to 4) constituting a coil, the second connection mode corresponding to a connection of the two intermediate wound elements (1 to 4) by two in parallel, the two pairs of elements thus formed being connected in series, the third connection mode corresponding to a series connection of the intermediate wound elements (1 to 4).
Description
MACHINE SYNCHRONE AUTO PILOTÉE POLYPHASÉE
DE FORTE PUISSANCE.MULTI-PHASE SELF-DRIVEN SYNCHRONOUS MACHINE
OF HIGH POWER.
La présente invention concerne une machine synchrone auto pilotée polyphasée de forte puissance. The present invention relates to a high power polyphase self-controlled synchronous machine.
De telles machines comportent des moyens électromagnétiques pour créer un champs statorique et un flux rotorique tournant. Such machines include electromagnetic means for creating a stator field and a rotating rotor flux.
Les machines synchrones de l'état de la technique sont constituées par un rotor aimanté mobile en rotation par rapport à une partie statorique coaxiale comportant des bobines électriques d'excitation des circuits magnétiques statoriques, ainsi que des moyens d'alimentation comportant des moyens de commutation du courant dans les phases statoriques en fonction de la position. Une machine polyphasée synchrone à q phases et à 2p pôles comporte p groupes de q bobinages placés dans les encoches statoriques. The synchronous machines of the state of the art consist of a magnetic rotor movable in rotation relative to a coaxial stator part comprising electric coils for excitation of the stator magnetic circuits, as well as supply means comprising switching means of the current in the stator phases as a function of the position. A synchronous polyphase machine with q phases and 2p poles has p groups of q windings placed in the stator slots.
Dans le cas d'une machine triphasée, les trois bobinages sont décalés deux à deux de 2n/3. In the case of a three-phase machine, the three windings are offset two by two by 2n / 3.
L'alimentation des machines est assurée par une structure de convertisseur présentant les fonctions de commutation du courant dans les phases statoriques en fonction de la position, de contrôle des courants dans la machine et de freinage non dissipatif. The machines are supplied by a converter structure with the functions of switching the current in the stator phases as a function of the position, controlling the currents in the machine and non-dissipative braking.
Les machines de l'art antérieur présentent l'inconvénient d'un couple au démarrage faible. Pour augmenter le couple au démarrage, la seule solution, pour un nombre de tours de fils par bobinage fixé, est d'augmenter le courant appliqué aux bobines. The machines of the prior art have the disadvantage of a low starting torque. To increase the starting torque, the only solution, for a fixed number of turns of the wires per coil, is to increase the current applied to the coils.
Le but de la présente invention est de proposer une machine synchrone auto pilotée polyphasée de forte puissance permettant d'obtenir un couple important au démarrage sans nécessiter une augmentation de la puissance de l'alimentation. The object of the present invention is to propose a high power polyphase self-controlled synchronous machine making it possible to obtain a large torque at start-up without requiring an increase in the power of the power supply.
A cet effet, le stator de la machine comporte des bobines constituées chacune par quatre éléments bobinés identiques indépendants. Les moyens d'alimentation comportent des cycloconvertissseurs pour alimenter les quatre éléments bobinés selon un mode de connexion déterminé en fonction de la vitesse de rotation et/ou du courant dans le moteur parmi trois modes de connexion possibles, le premier mode de connexion correspondant à une connexion des éléments intermédiaires en parallèle des quatre éléments constituant une bobine, le second mode de connexion correspondant à une connexion des éléments intermédiaires deux par deux en parallèle, les deux paires d'éléments ainsi constituées étant reliées en série, le troisième mode de connexion correspondant à une connexion en série des éléments intermédiaires. For this purpose, the stator of the machine comprises coils each consisting of four independent identical wound elements. The supply means comprise cycloconverters to supply the four wound elements according to a connection mode determined as a function of the speed of rotation and / or of the current in the motor among three possible connection modes, the first connection mode corresponding to a connection of the intermediate elements in parallel of the four elements constituting a coil, the second connection mode corresponding to a connection of the intermediate elements two by two in parallel, the two pairs of elements thus formed being connected in series, the third connection mode corresponding to a series connection of the intermediate elements.
Ce mode de réalisation permet, pendant la phase de démarrage, de disposer d'un couple cinq fois supérieur au couple nominal avec un courant seulement 1,25 fois supérieur au courant nominal. This embodiment makes it possible, during the starting phase, to have a torque five times greater than the nominal torque with a current only 1.25 times greater than the nominal current.
Selon un mode de réalisation particulier, la partie statorique présente des enroulement en section décalées à N encoches par pôles et par phases,
N étant un nombre entier égal à 1 ou 2.According to a particular embodiment, the stator part has windings in section offset with N notches by poles and by phases,
N being an integer equal to 1 or 2.
Avantageusement, les cyclo-convertisseurs comportent pour chacune des bobines un étage à thyristors comportant un pont en H avec deux thyristors en tête-bêche pour le contrôle du courant dans la phase et trois bras de connexions des quatre enroulements de la phase. Advantageously, the cyclo-converters comprise, for each of the coils, a thyristor stage comprising an H-bridge with two thyristors upside down for controlling the current in the phase and three connection arms of the four windings of the phase.
Selon un mode de réalisation particulier de la machine synchrone polyphasée selon l'invention, elle comporte deux ensembles coaxiaux constitués chacun par un rotor et un stator, les rotors des deux ensembles présentant le même nombre d'aimants et les stators des deux ensembles présentant le même nombre de bobines, et en ce que chacun des éléments intermédiaire du premier stator est connecté en série à l'élément intermédiaire correspondant au second stator. According to a particular embodiment of the polyphase synchronous machine according to the invention, it comprises two coaxial assemblies each consisting of a rotor and a stator, the rotors of the two assemblies having the same number of magnets and the stators of the two assemblies having the same number of coils, and in that each of the intermediate elements of the first stator is connected in series to the intermediate element corresponding to the second stator.
Selon un mode de réalisation particulier, la machine selon l'invention est constituée par une structure extérieure comportant un rotor à 12 aimants permanents et un stator présentant 72 encoches et 12 pôles, et une structure intérieure coaxiale comportant un rotor à 12 aimants permanents et un stator présentant 36 encoches et 12 pôles. According to a particular embodiment, the machine according to the invention is constituted by an external structure comprising a rotor with 12 permanent magnets and a stator having 72 notches and 12 poles, and an interior coaxial structure comprising a rotor with 12 permanent magnets and a stator with 36 notches and 12 poles.
Selon un mode de réalisation préféré la machine synchrone comporte une partie statorique du type présentant 2 encoches par phase et par pôle comporte m bobines composées chacune d'éléments bobinés intermédiaires, la structure statorique présentant 4.m.p encoches où p désigne le nombre de phases, l'entrée du premier élément bobiné intermédiaire occupant l'encoche N, et sa sortie l'encoche N+6, l'entrée du second élément bobiné de la même bobine occupant pour l'entrée
N+6 et pour sa sortie l'encoche N+12, l'entrée du troisième élément bobiné de la même bobine occupant pour l'entrée N+12 et pour sa sortie l'encoche N+18, et l'entrée du quatrième et dernier élément bobiné de la bobine considérée occupant pour l'entrée N+18 et pour sa sortie l'encoche N+24, les entrées de chacun des premiers éléments bobinés étant décalé d'une encoche.According to a preferred embodiment, the synchronous machine comprises a stator part of the type having 2 notches per phase and per pole comprises m coils each composed of intermediate wound elements, the stator structure having 4.mp notches where p denotes the number of phases, the input of the first intermediate wound element occupying the notch N, and its output the notch N + 6, the input of the second wound element of the same coil occupying for the input
N + 6 and for its exit the notch N + 12, the entry of the third wound element of the same coil occupying for the entry N + 12 and for its exit the notch N + 18, and the entry of the fourth and last wound element of the coil considered occupying for the input N + 18 and for its output the notch N + 24, the inputs of each of the first wound elements being offset by a notch.
Selon une variante la machine synchrone polyphasée comporte une partie statorique du type présentant une encoche par phase et par pôle comporte m bobines composées chacune de éléments bobinés intermédiaires, la structure statorique présentant 2.m.p encoches, où p désigne le nombre de phases, l'entrée du premier élément bobiné intermédiaire occupant l'encoche N, et sa sortie l'encoche N+3, l'entrée du second élément bobiné de la même bobine occupant pour l'entrée N+3 et pour sa sortie l'encoche N+6, l'entrée du troisième élément bobiné de la même bobine occupant pour l'entrée N+6 et pour sa sortie l'encoche N+9, et l'entrée du quatrième et dernier élément bobiné de la bobine considérée occupant pour l'entrée
N+9 et pour sa sortie l'encoche N+12, les entrées de chacun des premiers éléments bobinés étant décalé d'une encoche. According to a variant, the polyphase synchronous machine comprises a stator part of the type having a notch per phase and per pole comprises m coils each composed of intermediate wound elements, the stator structure having 2.mp notches, where p denotes the number of phases, the input of the first intermediate wound element occupying the notch N, and its output notch N + 3, input of the second wound element of the same coil occupying for the input N + 3 and for its output the notch N + 6, the input of the third wound element of the same coil occupying for the input N + 6 and for its output the notch N + 9, and the input of the fourth and last wound element of the coil considered occupying for the Entrance
N + 9 and for its output the N + 12 notch, the inputs of each of the first wound elements being offset by a notch.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'un mode de réalisation particulier qui suit, faisant référence aux dessins annexés où:
- la figure 1 représente une vue schématique du cycloconvertisseur commandant l'alimentation des bobines de la machine
- la figure 2 représente le schéma de principe de l'alimentation ;
- La figure 3 représente une vue en coupe d'une machine selon un mode de réalisation à deux structures coaxiales.The present invention will be better understood on reading the description of a particular embodiment which follows, referring to the accompanying drawings in which:
- Figure 1 shows a schematic view of the cycloconverter controlling the supply of the machine coils
- Figure 2 shows the block diagram of the power supply;
- Figure 3 shows a sectional view of a machine according to an embodiment with two coaxial structures.
- la figure 4 représente une vue en coupe de ladite roue
- Les figures 5 à 6 représentent les schémas des enroulements réalisés en sections par pôles conséquents pour le moteur extérieur
- Les figures 7 à 8 représentent les schémas des enroulements réalisés en sections par pôles conséquents pour le moteur intérieur ;
- La figure 9 représente un exemple d'application d'une machine à un seul étage pour la réalisation d'une roue automotrice.- Figure 4 shows a sectional view of said wheel
- Figures 5 to 6 show the diagrams of the windings made in sections by consequent poles for the external motor
- Figures 7 to 8 show the diagrams of the windings made in sections by consequent poles for the interior motor;
- Figure 9 shows an example of application of a single-stage machine for producing a self-propelled wheel.
La figure l représente le schéma de principe du cycloconvertisseur commandant l'alimentation des bobines de la machine, correspondant à un exemple de réalisation triphasée. La bobine est constituée de quatre éléments (1 à 4) comportant un même nombre d'enroulements chacun. Ces éléments (1 à 4) peuvent être raccordés entre eux selon différents modes de connexion comme cela sera exposé dans ce qui suit. FIG. 1 represents the block diagram of the cycloconverter controlling the supply of the coils of the machine, corresponding to an example of three-phase embodiment. The coil consists of four elements (1 to 4) having the same number of windings each. These elements (1 to 4) can be connected to each other according to different connection modes as will be explained below.
Le cycloconvertisseur commandant la bobine de chacune des phases est constitué par un pont en H constitué de quatre ensembles (5 à 8) de deux thyristors tête-bêche pour le contrôle du courant dans la phase, et par trois bras (9, 10, 11) de connexion des quatre éléments (1 à 4) de la phase. Chacun des bras est constitué de trois couples de thyristors têtebêche (12 à 20). The cycloconverter controlling the coil of each of the phases is constituted by an H-bridge consisting of four sets (5 to 8) of two head-to-tail thyristors for controlling the current in the phase, and by three arms (9, 10, 11 ) connecting the four elements (1 to 4) of the phase. Each of the arms consists of three pairs of head-to-tail thyristors (12 to 20).
Lors du démarrage du moteur, c'est-à-dire lorsque le courant est important, ou en phase de récupération lorsque la machine se comporte en génératrice, les quatre éléments intermédiaires (1 à 4) sont reliés en série par la mise en conduction des trois couples de thyristors (13), (16) et (19) et l'ouverture des autres couples de thyristors (21, 14, 15, 17, 18, 20). When the engine starts, that is to say when the current is high, or in the recovery phase when the machine behaves as a generator, the four intermediate elements (1 to 4) are connected in series by the conduction of the three pairs of thyristors (13), (16) and (19) and the opening of the other pairs of thyristors (21, 14, 15, 17, 18, 20).
En régime nominal, les quatre éléments intermédiaires (1 à 4) sont reliés en parallèle par la mise en conduction des six couples de thyristors (12, 14, 15, 17, 18, 20) et par ouverture des trois couples de thyristors (13), (16) et (19). In nominal mode, the four intermediate elements (1 to 4) are connected in parallel by the conduction of the six pairs of thyristors (12, 14, 15, 17, 18, 20) and by opening the three couples of thyristors (13 ), (16) and (19).
En régime transitoire, les deux éléments intermédiaires (1) et (2) sont reliés en série par la mise en conduction des couples de thyristors (13, 17) et par ouverture des couples de thyristors (12, 14), ainsi que les deux éléments intermédiaires (3) et (4) -reliés en série par la mise en conduction du couple de thyristors (19) et par ouverture des couples de thyristors (18, 20). In transient state, the two intermediate elements (1) and (2) are connected in series by the conduction of the couples of thyristors (13, 17) and by opening of the couples of thyristors (12, 14), as well as the two intermediate elements (3) and (4) -related in series by the conduction of the couple of thyristors (19) and by opening the couples of thyristors (18, 20).
Ces deux paires d'éléments en série sont eux-mêmes reliés en parallèle par la mise en conduction des couples de thyristors (12, 15), et par l'ouverture des couples de thyristors (16). These two pairs of elements in series are themselves connected in parallel by the conduction of the pairs of thyristors (12, 15), and by the opening of the pairs of thyristors (16).
Les thyristors en tête-bêche assurent un courant bidirectionnel dans chaque phase de la machine avec des angles d'amorçage déphasé de x, les uns conduisant le courant positif de la phase induite, les autres conduisant le courant négatif de la phase pendant l'alternance négative dans la cas du fonctionnement moteur. Dans le cas du fonctionnement en génératrice, l'amorçage est décalé de it. The thyristors upside down ensure a bidirectional current in each phase of the machine with ignition angles phase shifted by x, some driving the positive current of the induced phase, others driving the negative current of the phase during the alternation negative in the case of engine operation. In the case of generator operation, the ignition is shifted by it.
La figure 2 représente le schéma de principe des circuits de commande et d'alimentation des phases de la machine. Figure 2 shows the block diagram of the control circuits and power supply of the machine phases.
Le but de l'électronique de commande est de fournir les signaux à la partie de puissance et d'assurer les fonctions suivantes:
- générer deux créneaux décalés de X pour les transistors IGBT avec un temps mort, afin d'éviter de court-circuiter la source, et les trois lois de commande par période de la machine pour obtenir des signaux rectangulaires
- aiguiller les impulsions sur les thyristors du cycloconvertisseur ;
- sélectionner le mode de connexion des éléments intermédiaires (1 à 4) ;
- réguler le courant ;
- asservir l'angle interne de commutation ;
- synchroniser la partie tournante, la fréquence de commutation entre les phases, et la haute fréquence de l'onduleur ;;
- asservir les lois de commande à la vitesse et au courant, c'est-à-dire la haute fréquence par le courant de fonctionnement afin d'augmenter le degrés de liberté de la stratégie de commande, et l'angle d'amorçage par la vitesse pour éliminer l'incidence de cette dernière sur les pentes du courant
- réinitialiser la commande pour chaque période afin d'éviter l'accumulation des erreurs dues au temps de retard des composants et de calcul en temps réel ;
- varier l'angle d'amorçage du second étage par rapport au premier étage ;
- fonctionner dans les quatre quadrants ;
- récupérer sur les batteries ;
- assurer le choix du sens de rotation. The purpose of the control electronics is to supply the signals to the power unit and to perform the following functions:
- generate two slots offset by X for IGBT transistors with a dead time, in order to avoid short-circuiting the source, and the three control laws per period of the machine to obtain rectangular signals
- direct the pulses on the thyristors of the cycloconverter;
- select the connection mode of the intermediate elements (1 to 4);
- regulate the current;
- slave the internal switching angle;
- synchronize the rotating part, the switching frequency between the phases, and the high frequency of the inverter;
- subject the control laws to speed and current, that is to say the high frequency by the operating current in order to increase the degrees of freedom of the control strategy, and the angle of ignition by speed to eliminate the impact of the latter on the slopes of the current
- reinitialize the order for each period in order to avoid the accumulation of errors due to the delay time of the components and calculation in real time;
- vary the angle of ignition of the second stage relative to the first stage;
- operate in the four quadrants;
- recover from batteries;
- ensure the choice of the direction of rotation.
Ces fonctions sont assurée en prenant en compte des consignes extérieures qui sont:
- la position de commutation offrant le rapport couple/courant optimal ;
- les informations provenant du capteur de position ;
- la vitesse de rotation du moteur ;
- le courant dans le moteur et la courant admissible ;
- le régime de fonctionnement.These functions are ensured by taking into account external instructions which are:
- the switching position offering the optimal torque / current ratio;
- information from the position sensor;
- the engine speed;
- the current in the motor and the admissible current;
- the operating regime.
L'acquisition des signaux d'asservissement de courant et de vitesse met en oeuvre une technique de conversion parallèle permettant d'augmenter la vitesse de traitement. A cet effet, les circuits électronique comportent un circuit de conversion analogique/analogique (30) présentant deux entrées analogiques pour les signaux provenant d'un capteur de vitesse et les signaux correspondant au courant, et assurant la conversion en trois signaux analogiques de sortie qui sont l'image de la tension induite E, et les valeurs minimale Imin et maximale Imax du courant dans la machine, par le biais de trois circuits proportionnels. The acquisition of the current and speed control signals implements a parallel conversion technique making it possible to increase the processing speed. To this end, the electronic circuits include an analog / analog conversion circuit (30) having two analog inputs for the signals coming from a speed sensor and the signals corresponding to the current, and ensuring the conversion into three analog output signals which are the image of the induced voltage E, and the minimum values Imin and maximum Imax of the current in the machine, by means of three proportional circuits.
Les rapport pris pour le maximum et le minimum du courant sont définis par la tolérance de la fourchette, afin d'avoir une fourchette d'amplitude relative par rapport au courant moyen de fonctionnement dans le moteur. The ratios taken for the maximum and the minimum of the current are defined by the tolerance of the range, in order to have a range of amplitude relative to the average operating current in the motor.
Ces trois grandeurs E, Imin et Imax sont introduites dans un calculateur (31) commandé par un algorithme de calcul basé sur le système à deux équations suivant:
En assimilant les équations des deux courants à des droites croissante et décroissante, on déduit le temps de montée et le temps de descente qui définiront une grandeur va qui servira à:
- l'asservissement de la haute fréquence, par une conversion tension/fréquence ;
- la définition des lois de commande pour les trois angles d'amorçage de consigne alc, a2c, a3c, sous forme de trois mots de 8 bits. Ces conversions sont assurées par trois convertisseurs analogiques/digitaux (32, 33, 34). By equating the equations of the two currents with increasing and decreasing lines, we deduce the rise time and the fall time which will define a magnitude va which will be used to:
- high frequency slaving, by a voltage / frequency conversion;
- the definition of the control laws for the three setpoint initiation angles alc, a2c, a3c, in the form of three 8-bit words. These conversions are provided by three analog / digital converters (32, 33, 34).
Il n' existe pour chaque point de fonctionnement un seul instant d'amorçage. Il est de ce fait nécessaire de connaître de façon précise cette valeur et de générer une impulsion à cet instant. Ceci est obtenu par une électronique permettant de faire varier l'angle d'amorçage avec un pas de 1 degré électrique par rapport à un signal de haute fréquence généré par une horloge (35), délivrant un signal Fc de 5,4 Mhz, soit 360 x 15 Khz et un diviseur (36). There is only one priming instant for each operating point. It is therefore necessary to know precisely this value and to generate a pulse at this time. This is obtained by electronics making it possible to vary the angle of ignition with a step of 1 electrical degree relative to a high frequency signal generated by a clock (35), delivering a signal Fc of 5.4 Mhz, that is to say 360 x 15 Khz and a divider (36).
L'angle d'amorçage est calculé en utilisant des compteurs binaires (37, 38, 39) à huit bits avec une comparaison numérique à l'angle de consigne aic par des comparateurs numériques (40, 41, 42). The starting angle is calculated using eight-bit binary counters (37, 38, 39) with a digital comparison to the setpoint angle aic by digital comparators (40, 41, 42).
Les trois signaux alc, a2c, a3c reçus à la sortie des comparateurs numériques (40, 41, 42), attaquent un multiplexeur (43) dont la sortie correspondra à l'un des trois signaux alc, a2c, a3c sélectionné selon un code de sélection constitué par les 6 positions par période électrique de la machine, ainsi que l'angle g toléré par la forme rectangulaire du courant. On définit ainsi 9 bits de validation Sij dont chaque bit valide l'un des angles d'amorçage pour l'une des trois phases. Le multiplexeur (43) est constitué par trois multiplexeurs en parallèle correspondant chacun à une phase. The three signals alc, a2c, a3c received at the output of the digital comparators (40, 41, 42), attack a multiplexer (43) whose output will correspond to one of the three signals alc, a2c, a3c selected according to a code of selection consisting of the 6 positions per electrical period of the machine, as well as the angle g tolerated by the rectangular shape of the current. 9 validation bits Sij are thus defined, each bit of which validates one of the ignition angles for one of the three phases. The multiplexer (43) consists of three multiplexers in parallel, each corresponding to a phase.
Le multiplexeur (43) commande trois circuits d'aiguillage des thyristors (44, 45, 46) correspondant chacun à l'une des phases de la machine, et recevant à leur entrée le signal de la haute fréquence HF, le signal a correspondant aux positions du rotor, et la sortie correspondante du multiplexeur (43). The multiplexer (43) controls three thyristor switching circuits (44, 45, 46) each corresponding to one of the phases of the machine, and receiving at their input the signal of the high frequency HF, the signal a corresponding to the rotor positions, and the corresponding output of the multiplexer (43).
Les impulsions de commande sont amplifiées par des circuits (46, 47, 48) à composants discrets à base de transistors bipolaires, suivis par une isolation galvanique par transformateurs d'impulsions attaquant les gâchettes des thyristors. La durée des impulsions est choisie pour permettre un amorçage fiable des thyristors. The control pulses are amplified by circuits (46, 47, 48) with discrete components based on bipolar transistors, followed by galvanic isolation by pulse transformers attacking the triggers of the thyristors. The duration of the pulses is chosen to allow reliable priming of the thyristors.
Le mode de connexion des éléments intermédiaires est sélectionné par une électronique comprenant un multiplexeur (50), un convertisseur parallèle (51), un sélectionneur (52) et un aiguilleur d'impulsions (53). The connection mode of the intermediate elements is selected by electronics comprising a multiplexer (50), a parallel converter (51), a selector (52) and a pulse switch (53).
La conversion parallèle est basée sur une comparaison directe du signal d'entrée, soit le courant au démarrage ou la vitesse au freinage, par le biais du multiplexeur (50), à des grandeurs de référence. The parallel conversion is based on a direct comparison of the input signal, either the starting current or the braking speed, via the multiplexer (50), to reference quantities.
Le sélectionneur (52) délivre un signal univoque à deux bits en fonction du résultat de la comparaison. The selector (52) delivers a unique two-bit signal based on the result of the comparison.
L'aiguillage des thyristors de connexion est identique et simultané pour les trois phases de la machine. Le circuit d'aiguillage (53) gère les trois groupes de thyristors de chaque phase, où chaque groupe correspond aux thyristors fermés lors d'un des trois modes de connexion, en fonction de deux positions du rotor pour chaque phase, ce qui correspond à l'alternance positive et négative de la tension induite dans la phase. The connection of the connection thyristors is identical and simultaneous for the three phases of the machine. The routing circuit (53) manages the three thyristor groups of each phase, where each group corresponds to the thyristors closed during one of the three connection modes, as a function of two positions of the rotor for each phase, which corresponds to the positive and negative alternation of the voltage induced in the phase.
Les impulsions de commande sont amplifiées par un circuit (54) à composants discrets à base de transistors bipolaires, suivis par une isolation galvanique par transformateurs d'impulsions attaquant les gâchettes des thyristors. The control pulses are amplified by a circuit (54) with discrete components based on bipolar transistors, followed by galvanic isolation by pulse transformers attacking the triggers of the thyristors.
La commande de l'onduleur est assurée par un circuit de mise en forme (55) commandant les transistors IGBT par un signal obtenu par comptage, à partir de l'horloge de fréquence Fc (5,4 Mhz) par le biais d'une décade modulo 360 et par introduction de temps morts. Deux crénaux décalés de it assurent la commande de gâchettes des deux paires de transistors après isolation et amplification. The inverter is controlled by a shaping circuit (55) controlling the IGBT transistors by a signal obtained by counting, from the frequency clock Fc (5.4 Mhz) by means of a modulo 360 decade and by introducing time-outs. Two slots offset from it ensure the trigger control of the two pairs of transistors after isolation and amplification.
Un circuit d'isolation et d'amplification (56) est constitué par des optocoupleurs ou tout autre composant connu. L'amplification est assurée par un étage push-pull. An isolation and amplification circuit (56) consists of optocouplers or any other known component. Amplification is ensured by a push-pull stage.
La figure 3 représente une vue en coupe d'une machine selon un mode de réalisation à deux structures coaxiales. FIG. 3 represents a sectional view of a machine according to an embodiment with two coaxial structures.
La machine est constituée d'une partie fixe correspondant aux -zones hachurées, et par une partie mobile coaxiale correspondant aux zones quadrillées. The machine consists of a fixed part corresponding to the hatched areas, and by a coaxial mobile part corresponding to the grid areas.
La partie fixe est solidaire d'un arbre (60) et comporte un support (61) en aluminium refroidie par circulation d'un liquide caloporteur dans des conduits (62, 63, 64)
Ce support (61) présente deux couronnes cylindriques (65, 66) coaxiales supportant respectivement le circuit magnétique statorique intérieur (67) et le circuit magnétique statorique extérieur (68) . Ces circuits magnétiques sont, par exemple, emmanchés à froid sur le support (61) préalablement chauffé. Les circuits magnétiques sont bobinés selon un mode de réalisation exposé dans la suite de la description, et imprégnés de façon connue.The fixed part is integral with a shaft (60) and comprises a support (61) made of aluminum cooled by circulation of a heat transfer liquid in conduits (62, 63, 64)
This support (61) has two coaxial cylindrical rings (65, 66) respectively supporting the internal stator magnetic circuit (67) and the external stator magnetic circuit (68). These magnetic circuits are, for example, cold fitted onto the support (61) previously heated. The magnetic circuits are wound according to an embodiment described in the following description, and impregnated in a known manner.
La partie mobile est solidaire de la partie fixe par l'intermédiaire de roulements (69, 70). Elle présente deux couronnes cylindriques (71, 72) complémentaires aux deux couronnes cylindriques (65, 66) de la partie statorique. Ces couronnes cylindriques rotoriques (71, 72) supportent des aimants (73, 74) en forme de tuiles présentant des sens d'aimantation alternés. Les aimants sont du type Nd-Fe-B. The mobile part is secured to the fixed part by means of bearings (69, 70). It has two cylindrical crowns (71, 72) complementary to the two cylindrical crowns (65, 66) of the stator part. These cylindrical rotor rings (71, 72) support magnets (73, 74) in the form of tiles having alternating directions of magnetization. The magnets are of the Nd-Fe-B type.
La partie mobile est solidaire de l'organe entraîné, par exemple une jante d'une roue de traction. The movable part is integral with the driven member, for example a rim of a traction wheel.
La figure 4 représente une vue selon une coupe A-A' de la machine. Le moteur extérieur, du type triphasé à 6 pôles, présente un rotor comportant 12 aimants (80 à 87) en forme de tuile, d'une longueur de 12 centimètres et d'une hauteur de 1 centimètre, présentant alternativement un pôle SUD dirigé vers l'entrefer et un pôle NORD dirigé vers l'entrefer. Figure 4 shows a view in section A-A 'of the machine. The external motor, of the three-phase 6-pole type, has a rotor comprising 12 magnets (80 to 87) in the form of a tile, with a length of 12 centimeters and a height of 1 centimeter, alternately having a SUD pole directed towards the air gap and a NORD pole directed towards the air gap.
Le stator extérieur (88) présente 2 encoches par pôle et par phase, soit au total 72 encoches (90). Le diamètre extérieur du stator est de 40 centimètres selon un exemple de réalisation particulier. La profondeur des encoches est de 2,9 centimètres, et la largeur de 0,64 centimètres. La longueur de l'entrefer est de 0,15 centimètres. The external stator (88) has 2 notches per pole and per phase, for a total of 72 notches (90). The outside diameter of the stator is 40 centimeters according to a particular embodiment. The depth of the notches is 2.9 centimeters, and the width of 0.64 centimeters. The length of the air gap is 0.15 cm.
Le stator comporte 6 bobines par phase et par pôle. Chacune des bobines est divisée en 4 éléments bobinés intermédiaires. L'entrée du premier élément bobiné intermédiaire occupe l'encoche N, et sa sortie l'encoche N+6, l'entrée du second élément bobiné de la même bobine occupe pour l'entrée N+6 et pour sa sortie l'encoche N+12, l'entrée du troisième élément bobiné de la même bobine occupe pour l'entrée N+12 et pour sa sortie l'encoche N+18, et l'entrée du quatrième et dernier élément bobiné de la bobine considérée occupe pour l'entrée N+18 et pour sa sortie l'encoche N+24. The stator has 6 coils per phase and per pole. Each of the coils is divided into 4 intermediate wound elements. The input of the first intermediate wound element occupies the notch N, and its output notches N + 6, the input of the second wound element of the same coil occupies for the input N + 6 and for its output the notch N + 12, the input of the third wound element of the same coil occupies for the input N + 12 and for its output the notch N + 18, and the input of the fourth and last wound element of the coil considered occupies for the entry N + 18 and for its exit the notch N + 24.
Chacun des éléments bobinés intermédiaire est constitué de 6 enroulements de fils de cuivre d'une section de 11,34 mm2. Le coefficient de remplissage des encoches est de 46,3 %. Each of the intermediate wound elements consists of 6 windings of copper wires with a section of 11.34 mm2. The filling coefficient of the notches is 46.3%.
La machine représentée en figure 4, comporte en outre une structure intérieure composée par un rotor présentant 12 aimants (91 à 98) en forme de tuile, et un stator (99) à une encoche par pôle et par phase. Ce stator présente 36 encoches. The machine shown in Figure 4, further comprises an internal structure composed of a rotor having 12 magnets (91 to 98) in the form of a tile, and a stator (99) with a notch per pole and per phase. This stator has 36 notches.
Chacune des bobines est constituée de 4 éléments bobinés intermédiaires. L'entrée du premier élément bobiné intermédiaire occupe l'encoche N, et sa sortie l'encoche N+3, l'entrée du second élément bobiné de la même bobine occupe pour l'entrée l'encoche N+3, et pour sa sortie l'encoche N+6, l'entrée du troisième élément bobiné de la même bobine occupe pour l'entrée l'encoche N+6, et pour sa sortie l'encoche N+9 ; l'entrée du quatrième et dernier élément bobiné de la bobine considérée occupe pour l'entrée N+9 et pour sa sortie l'encoche N+12. Each of the coils is made up of 4 intermediate wound elements. The entry of the first intermediate wound element occupies the notch N, and its exit the notch N + 3, the entry of the second wound element of the same coil occupies for the entry the notch N + 3, and for its output the notch N + 6, the input of the third wound element of the same coil occupies for the input the notch N + 6, and for its output the notch N + 9; the input of the fourth and last wound element of the coil considered occupies for the input N + 9 and for its output the notch N + 12.
Les figures 5 à 8 représentent les schémas des enroulements réalisés en sections par pôles conséquents pour le moteur extérieur (figures 5 et 6) et pour le moteur intérieur (figure 7 et 8). FIGS. 5 to 8 represent the diagrams of the windings produced in sections by consequent poles for the external motor (FIGS. 5 and 6) and for the internal motor (FIG. 7 and 8).
La figure 10 représente un exemple d'application d'une machine à un seul étage pour la réalisation d'une roue automotrice. La partie mobile (100) est solidaire d'une jante (101) supportant une chambre pneumatique (102). Elle présente à sa partie intérieur des aimants permanents (103) en forme de tuile. FIG. 10 represents an example of application of a single-stage machine for the production of a self-propelled wheel. The movable part (100) is integral with a rim (101) supporting a pneumatic chamber (102). It has at its inner part permanent magnets (103) in the shape of a tile.
La partie fixe est solidaire d'un moyeu (104), et supporte une structure statorique (105) excitée par des éléments bobinés (106). The fixed part is integral with a hub (104), and supports a stator structure (105) excited by wound elements (106).
L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple non limitatif. Il est bien entendu que l'Homme de métier sera à même de réaliser de nombreuses variantes sans pour autant sortir du cadre de la protection. The invention is described in the foregoing by way of nonlimiting example. It is understood that the skilled person will be able to carry out many variants without departing from the scope of protection.
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