FR2861512A1 - Machine electrique automobile rotative - Google Patents
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Abstract
Dans la machine électrique rotative selon l'invention, des premiers (20A) et seconds (20B) aimants permanents sont chacun disposés entre des paires adjacentes sur la circonférence de premières (19A) et secondes (19B) parties de pôle magnétique en forme de fourches de façon à venir en contact avec une surface latérale circonférentielle des premières (19A) et secondes (19B) parties de pôle magnétique en forme de fourches. Une longueur axiale (L1) d'un noyau de stator (13) par rapport à une distance axiale (L2) entre les surfaces d'extrémité se faisant face de première (18A) et seconde (18B) parties de culasse est construite de façon à satisfaire l'expression L1 > L2.
Description
MACHINE ELECTRIQUE AUTOMOBILE ROTATIVE Arrière-plan de l'invention
Domaine de l'invention La présente invention concerne une machine électrique automobile rotative ayant des aimants permanents disposés entre les parties de pôle magnétique en forme de fourches d'un rotor et particulièrement, une forme d'aimant permanent par rapport à une forme de pôle magnétique en forme de fourche afin d'obtenir des améliorations sur diverses caractéristiques.
Description de l'art antérieur
Dans les machines électriques automobiles rotatives classiques, une forme de surface périphérique externe de parties de pôle magnétique en forme de fourches dans un noyau de rotor est formée de façon à présenter une forme trapézoïdale constituée par un côté court d'extrémité, un côté long de partie de base et deux côtés obliques, des aimants permanents étant disposés entre les parties de pôle magnétique en forme de fourches. Dans le but d'empêcher une surcharge de la batterie et d'obtenir une efficacité élevée et un rendement élevé, les parties de pôle magnétique en forme de fourches et les aimants permanents sont construits de façon à satisfaire l'expression 0,2 S Br{L/(WcosO)} <_ 0,8, où Br est une induction magnétique résiduelle des aimants permanents, L est une longueur de partie de pôle magnétique depuis le côté court d'extrémité des parties de pôle magnétique en forme de fourches jusqu'au côté long de partie de base, W est une longueur du côté long de partie de base des parties de pôle magnétique en forme de fourches et 20 est un angle formé par les deux côtés obliques des parties de pôle magnétique en forme de fourches. (Voir la documentation de brevet 1, par exemple.) Documentation de brevet 1: brevet japonais n 2990810 (Gazette).
Dans les machines électriques automobiles classiques, puisqu'on n'a pas pris en considération le flux magnétique inefficace généré lorsque le flux magnétique circulant à travers le noyau de rotor est saturé au niveau des parties de base des parties de pôle magnétique en forme de fourches, le flux magnétique survenant du fait du courant d'excitation circulant à travers l'enroulement inducteur n'a pas été utilisé de manière efficace.
Du fait que les aimants permanents disposés entre les parties de pôle magnétique en forme de fourches sont formés de façon à présenter une forme rectangulaire dans laquelle une forme de surface latérale circonférentielle présente une longueur, depuis le côté court d'extrémité des parties de pôle magnétique en forme de fourches jusqu'au côté long de partie de base comme côté long, et une longueur radiale de partie de base des parties de pôle magnétique en forme de fourches comme côté court, le flux magnétique supplémentaire en provenance des aimants permanents n'a pas été utilisé efficacement puisqu'une partie de la surface latérale circonférentielle des aimants permanents n'entre pas en contact avec la surface latérale circonférentielle des parties de pôle magnétique en forme de fourches sur un côté radial interne.
Exposé de l'invention Un objet de la présente invention consiste à proposer une machine électrique automobile rotative permettant d'utiliser efficacement le flux magnétique généré dans un noyau de rotor par le passage de courant électrique vers un enroulement inducteur, et permettant également d'utiliser efficacement le flux magnétique supplémentaire en provenance des aimants permanents en prescrivant une forme de surface latérale circonférentielle pour les aimants permanents en relation avec une forme de surface latérale circonférentielle des parties de pôle magnétique en forme de fourches.
Afin d'atteindre l'objet ci-dessus, selon un aspect de la présente invention, on propose une machine électrique automobile rotative comprenant un rotor comportant un noyau de rotor comportant lui-même une partie de bossage cylindrique; une première partie de culasse disposée de façon à s'étendre radialement vers l'extérieur depuis une première extrémité axiale de la partie de bossage; une seconde partie de culasse disposée de façon à s'étendre radialement vers l'extérieur depuis une seconde extrémité axiale de la partie de bossage; une pluralité de premières parties de pôle magnétique en forme de fourches, chacune disposée de façon à s'étendre en direction de la seconde extrémité axiale à partir de la première partie de culasse, agencées selon un pas prédéterminé dans une direction circonférentielle et ayant une forme de surface circonférentielle la plus extérieure radialement formée de façon à présenter une forme trapézoïdale constituée par un côté court circonférentiel d'extrémité, un côté long circonférentiel de partie de base et deux côtés obliques; et une pluralité de secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches, chacune disposée de façon à s'étendre en direction de la première extrémité axiale à partir de la seconde partie de culasse, agencées selon un pas prédéterminé dans une direction circonférentielle, ayant une forme de surface circonférentielle la plus extérieure radialement formée de façon à présenter une forme trapézoïdale constituée par un côté court circonférentiel d'extrémité, un côté long circonférentiel de partie de base et deux côtés obliques et agencées de façon à alterner avec les premières parties de pôle magnétique en forme de fourches dans une direction circonférentielle; et un enroulement inducteur installé sur la partie de bossage, le rotor étant disposé de façon à pouvoir tourner autour d'un arbre inséré à travers une position centrale axiale de la partie de bossage. Sont également compris: un stator comportant un noyau de stator cylindrique; et un bobinage de stator installé dans le noyau de stator, le noyau de stator étant disposé de façon à entourer le noyau de rotor de façon coaxiale; et des aimants permanents constitués par des premiers et seconds aimants permanents disposés entre chaque paire adjacente sur la circonférence des premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches de façon à entrer en contact avec une surface latérale circonférentielle des premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches. Une longueur axiale (L1) du noyau de stator par rapport à une distance axiale (L2) entre des surfaces d'extrémité se faisant face des première et seconde parties de culasse est construite de façon à satisfaire l'expression L1 > L2.
Du fait que la longueur axiale (L1) du noyau de stator par rapport à la distance axiale (L2) entre des surfaces d'extrémité se faisant face des première et seconde parties de culasse est construite de façon à satisfaire l'expression L1 > L2, le flux magnétique généré dans le noyau de rotor circule efficacement à travers le noyau de stator, ce qui permet de réduire le flux magnétique inefficace. De plus, du fait que les premiers et seconds aimants permanents sont disposés de façon à venir au contact d'une surface latérale circonférentielle des premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches, le flux magnétique supplémentaire en provenance des premiers et seconds aimants permanents circule également à travers le noyau de stator sans perte.
De préférence, les premiers et seconds aimants permanents sont chacun formés de façon à présenter une forme en coupe transversale positionnée à l'intérieur d'une forme de surface latérale circonférentielle des premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches en contact.
La longueur axiale L1 du noyau de stator, la distance axiale L2 entre les surfaces d'extrémité se faisant face des premières et secondes parties de culasse et une longueur axiale L3 des aimants permanents sont de préférence construites de façon à satisfaire l'expression L1 ? L3 > L2.
Préférentiellement, les premiers et seconds aimants permanents sont chacun formés de façon à présenter une forme correspondant à une partie d'extrémité de la forme de surface latérale circonférentielle des premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches en contact; et les positions axiales d'une partie d'extrémité et d'une partie de base des premiers aimants permanents sont alignées avec les positions axiales d'une partie de base et d'une partie d'extrémité des seconds aimants permanents, respectivement.
De préférence, une partie de chacun des premiers et seconds aimants permanents faisant face à un côté interne radial d'une partie de congé des premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches est découpée et enlevée.
Toujours de manière préférentielle, les premiers et seconds aimants permanents sont chacun construits de façon à présenter une forme en coupe transversale sensiblement alignée avec une surface superposée sur laquelle les surfaces latérales circonférentielles se faisant face des premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches se chevauchent dans une direction circonférentielle.
De préférence, les premiers et seconds aimants permanents sont construits de façon à ce que chacun présente une forme en coupe transversale ayant une forme qui est sensiblement similaire à une forme de surface latérale circonférentielle des premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches en contact; et un rapport Sm/Sp occupé par une surface Sm des premiers et seconds aimants permanents par rapport à une surface Sp d'une surface latérale circonférentielle des premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches satisfait l'expression Sm/Sp <1,0.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale représentant une machine électrique automobile rotative selon le mode de réalisation 1 de la présente invention; la figure 2 est une section transversale représentant schématiquement le voisinage des parties de pôle magnétique en forme de fourches de la machine électrique automobile rotative représentée sur la figure 1; la figure 3 est une section transversale représentant schématiquement l'état d'un flux magnétique se produisant du fait de la circulation d'un courant d'excitation à travers un enroulement inducteur dans une machine électrique automobile rotative classique; la figure 4 est une section transversale représentant schématiquement l'état d'un flux magnétique se produisant du fait de la circulation d'un courant d'excitation à travers un enroulement inducteur dans la machine électrique automobile rotative selon le mode de réalisation 1 de la présente invention; la figure 5 est une section transversale représentant schématiquement le voisinage des parties de pôle magnétique en forme de fourches d'une machine électrique automobile rotative selon le mode de réalisation 2 de la présente invention; les figures 6A et 6B sont des graphiques représentant des résultats mesurés de l'augmentation du couple de puissance et de la tension induite à vide à courant d'excitation nul lorsqu'une aire en coupe transversale des aimants permanents est changée dans une machine électrique rotative à seize pôles du type Lundell fonctionnant sous une tension de 12 volts; la figure 7 est un schéma expliquant les relations entre l'aire en coupe transversale et la longueur axiale des aimants permanents; la figure 8 est une section transversale représentant schématiquement le voisinage des parties de pôle magnétique en forme de fourches d'une machine électrique automobile rotative selon le mode de réalisation 3 de la présente invention; la figure 9 est une section transversale 30 représentant schématiquement le voisinage des parties de pôle magnétique en forme de fourches d'une machine électrique automobile rotative selon le mode de réalisation 4 de la présente invention; la figure 10 est une section transversale représentant schématiquement le voisinage des parties de pôle magnétique en forme de fourches d'une machine électrique automobile rotative selon le mode de réalisation 5 de la présente invention; la figure 11 est une section transversale représentant schématiquement le voisinage des parties de pôle magnétique en forme de fourches d'une machine électrique automobile rotative selon le mode de réalisation 6 de la présente invention; la figure 12 est une section transversale représentant schématiquement le voisinage des parties de pôle magnétique en forme de fourches d'une machine électrique automobile rotative selon le mode de réalisation 7 de la présente invention; et la figure 13 est un graphique représentant une relation entre le rapport de la surface de l'aimant et l'augmentation maximum de couple pendant le fonctionnement dans la machine électrique automobile rotative selon le mode de réalisation 7 de la présente invention.
Description détaillée des modes de réalisation préférés Mode de réalisation 1 La figure 1 est une coupe longitudinale représentant une machine électrique automobile rotative selon le mode de réalisation 1 de la présente invention, et la figure 2 est une coupe transversale représentant schématiquement le voisinage de parties de pôle magnétique en forme de fourches de la machine électrique automobile rotative représentée sur la figure 1.
Sur la figure 1, une machine électrique automobile rotative comprend: un boîtier 3 constitué par un support avant 1 et un support arrière 2 réalisés en aluminium; un arbre 6 supporté de façon rotative par le boîtier 3; une poulie 4 fixée à une première partie d'extrémité de l'arbre 6 faisant saillie à travers le boîtier 3; un rotor de type Lundell 7 fixé à l'arbre 6 et disposé à l'intérieur du boîtier 3; un stator 8 fixé au boîtier 3 de façon à entourer le rotor 7; des bagues collectrices 9 fixées près d'une seconde extrémité de l'arbre 6, pour appliquer un courant électrique au rotor 7; une paire de balais 11 logés à l'intérieur d'un porte-balais 10, coulissant sur les surfaces des bagues collectrices 9; et un capteur de position rotatif 12 monté sur une seconde partie d'extrémité de l'arbre 6 faisant saillie à travers le boîtier 3, pour détecter une position de rotation du rotor 7.
Le rotor 7 comprend: un enroulement inducteur 15 pour générer un flux magnétique au passage d'un courant électrique; et un noyau de rotor 16 constitué par des premier et second noyaux de pôle magnétique 16A et 16B réalisés en fer et disposés de façon à recouvrir l'enroulement inducteur 15, les pôles magnétiques étant formés dans les premier et second noyaux de pôle magnétique 16A et 16B par le flux magnétique en provenance de l'enroulement inducteur 15. Le premier noyau de pôle magnétique 16A comprend une première partie de bossage cylindrique 17A; une première partie de culasse 18A disposée de façon à s'étendre radialement vers l'extérieur à partir d'une première extrémité axiale de la première partie de bossage 17A; et des premières parties de pôle magnétique en forme de fourches 19A, disposées chacune de façon à s'étendre en direction d'une seconde extrémité axiale à partir de la première partie de culasse 18A. Le second noyau de pôle magnétique 16B comprend: une seconde partie de bossage cylindrique 17B; une seconde partie de culasse 18B disposée de façon à s'étendre radialement vers l'extérieur à partir d'une seconde extrémité axiale de la seconde partie de bossage 17B; et des secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches 19B, chacune disposée de façon à s'étendre en direction d'une première extrémité axiale à partir de la seconde partie de culasse 18B. Huit premières parties de pôle magnétique en forme de fourches 19A et huit secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches 19B, par exemple, sont chacune disposées selon un pas prédéterminé dans une direction circonférentielle. De plus, toutes les premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches 19A et 19B sont formées de façon à ce que leurs surfaces circonférentielles les plus extérieures radialement forment une forme trapézoïdale constituée par un côté court circonférentiel d'extrémité, un côté long circonférentiel de partie de base et deux côtés obliques, et leurs surfaces latérales circonférentielles sont chacune formée de façon à présenter une forme conique constituée par un côté court radial d'extrémité, un côté oblique constituant la surface circonférentielle la plus extérieure et un côté oblique joignant une extrémité inférieure du côté court radial d'extrémité et une partie de congé circonférentielle interne des premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches 19A et 19B. Les premier et second noyaux de pôle magnétique 16A et 16B sont intégrés en venant en butée contre une seconde surface d'extrémité de la première partie de bossage 17A et une première surface d'extrémité de la seconde partie de bossage 17B, en disposant les premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches 19A et 19B de façon à ce qu'elles s'entrecroisent les unes avec les autres, et en pressant l'arbre 6 dans une position centrale axiale des première et seconde parties de bossage 17A et 17B. De plus, l'enroulement inducteur 15 est enroulé sur les première et seconde parties de bossage 17A et 17B et est recouvert par les premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches 19A et 19B.
Le stator 8 comprend: un noyau de stator annulaire 13 préparé en stratifiant des feuilles d'acier magnétiques; et un bobinage de stator 14 installé dans le noyau de stator 13 est disposé coaxialement au rotor 7 de façon à former un intervalle d'air uniforme entre les surfaces circonférentielles les plus extérieures radialement des premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches 19A et 19B et une surface périphérique interne du noyau de stator 13, et est maintenu entre le support avant 1 et le support arrière 2.
Des aimants permanents constitués par des premiers et seconds aimants permanents 20A et 20B sont disposés entre chacune des premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches 19A et 19B. Entre chacune des premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches 19A et 19B, les premiers aimants permanents 20A sont disposés de façon à venir en contact avec les surfaces latérales circonférentielles des premières parties de pôle magnétique en forme de fourches 19A et les seconds aimants permanents 20B sont disposés de façon à venir en contact avec les surfaces latérales circonférentielles des secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches 19B. En outre, les premiers et seconds aimants permanents 20A et 20B sont préparés dans un corps brut ayant une forme en coupe transversale équivalente à la forme de surface latérale en contact avec les premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches 19A et 19B, et sont chacun disposés de façon à être positionnés à l'intérieur de la forme de surface latérale circonférentielle des premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches 19A et 19B en contact lorsque vus depuis une direction circonférentielle. De plus, les premiers et seconds aimants permanents 20A et 20B sont chacun magnétisés de façon à réduire la perte de flux magnétique dans les premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches 19A et 19B. En d'autres termes, les premiers et seconds aimants permanents 20A et 20B sont chacun magnétisés de façon à correspondre à la polarité se produisant dans les premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches 19A et 19B en contact circonférentiel.
Ici, comme représenté sur la figure 2, une longueur axiale L1 du noyau de stator 13 par rapport à une distance L2 entre les surfaces d'extrémité se faisant face des première et seconde parties de culasse 18A et 18B du noyau de rotor 16 est construite de telle sorte que L1 > L2.
Ensuite, les effets selon le mode de réalisation 1 seront expliqués par référence aux figures 3 et 4.
La figure 3 est un schéma représentant l'état d'un flux magnétique survenant du fait de la circulation d'un courant d'excitation à travers un enroulement inducteur dans une machine électrique automobile rotative classique. Sur la figure 3, si la longueur axiale L1 du noyau de stator 13 par rapport à la distance L2 entre les surfaces d'extrémité se faisant face des première et seconde parties de culasse 18A et 18B du noyau de rotor 16 satisfait L1 < L2, et que les aires en coupe transversale de la trajectoire magnétique S1r S2 et S3 de la partie de bossage, des parties de culasse et de la partie de congé des parties de pôle magnétique en forme de fourches, respectivement, dans le noyau de rotor 16 sont conçues de façon à être toutes égales (S1 = S2 = S3), la survenue d'un flux magnétique inefficace cpA ne passant pas à travers le noyau de stator 13 peut être réduite au minimum.
Cependant, lorsque les aires en coupe transversale de la trajectoire magnétique S1r S2 et S3 de chaque partie du noyau de rotor 16 sont conçues de sorte que S1 = S2 > S3, le flux magnétique est saturé dans les parties de congé des parties de pôle magnétique en forme de fourches. Il en résulte que le flux magnétique inefficace cpA, qui ne passe pas à travers le noyau de stator 13, survient, ce qui est inefficace.
La figure 4 est un schéma représentant l'état d'un flux magnétique survenant du fait de la circulation d'un courant d'excitation à travers un enroulement inducteur dans la machine électrique automobile rotative selon le mode de réalisation 1 de la présente invention. Sur la figure 4, la longueur axiale L1 du noyau de stator 13 est formée de façon à être supérieure à la distance L2 entre les surfaces d'extrémité se faisant face des première et seconde parties de culasse 18A et 18B du noyau de rotor 16. Ainsi, les aires en coupe transversale de la trajectoire magnétique SI, S2 et S3 de chaque partie dans le noyau de rotor 16 sont conçues de sorte que S1 = S2 > S3, et même si le flux magnétique est saturé dans la partie de congé des parties de pôle magnétique en forme de fourches, le flux magnétique qui était le flux magnétique inefficace cpA sur la figure 3 est ajouté au noyau de stator 13 comme flux magnétique efficace. Il en résulte que le flux magnétique généré dans le noyau de rotor 16 est utilisé efficacement. De plus, une partie de flux magnétique supplémentaire cpB en provenance des premiers et seconds aimants permanents 20A et 20B disposés de façon à venir en contact avec les premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches 19A et 19B circule à travers le noyau de stator 13 sans perte.
Ainsi, selon le mode de réalisation 1, du fait que la longueur axiale L1. du noyau de stator 13 par rapport à la distance L2 entre les surfaces d'extrémité se faisant face des première et seconde parties de culasse 18A et 18B du noyau de rotor 16 est formée de façon à satisfaire l'expression L1 > L2, le flux magnétique généré dans le noyau de rotor 16 circule efficacement à travers le noyau de stator 13, permettant de réduire le flux magnétique inefficace cpA. En outre, du fait que les premiers et seconds aimants permanents 20A et 20B sont disposés de façon à venir en contact avec les surfaces latérales circonférentielles des premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches 19A et 19B, la partie de flux magnétique supplémentaire cpB en provenance des premiers et seconds aimants permanents 20A et 20B circule également à travers le noyau de stator 13 sans perte.
Du fait que les premiers et seconds aimants permanents 20A et 20B sont disposés de façon à être positionnés à l'intérieur de la forme de surface latérale circonférentielle des premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches 19A et 19B en contact lorsque vus depuis une direction circonférentielle, les surfaces latérales circonférentielles entières des premiers et seconds aimants permanents 20A et 20B viennent en contact avec les surfaces latérales circonférentielles des premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches 19A et 19B, utilisant efficacement le flux magnétique supplémentaire en provenance des aimants permanents.
Mode de réalisation 2 La figure 5 est une coupe transversale représentant schématiquement le voisinage des parties de pôle magnétique en forme de fourches d'une machine électrique automobile rotative selon le mode de réalisation 2 de la présente invention.
Sur la figure 5, les premiers et seconds aimants permanents 20A et 20B sont préparés de façon à présenter une forme de surface latérale (une forme en coupe transversale) correspondant à une surface latérale circonférentielle des premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches 19A et 19B, la forme de surface latérale ayant une forme conique constituée par un côté court radial d'extrémité, un côté oblique constituant la surface circonférentielle la plus extérieure et un côté oblique joignant une extrémité inférieure du côté court radial d'extrémité et une partie de congé circonférentielle interne des premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches 19A et 19B. Les parties de base des premiers et seconds aimants permanents 20A et 20B sont positionnées axialement à l'intérieur des surfaces d'extrémité axiales d'un noyau de stator 13. Ici, une longueur axiale L3 des aimants permanents, étant la distance entre les surfaces d'extrémité axiales des parties de base des premiers et seconds aimants permanents 20A et 20B, satisfait l'expression L1 > L3 > L2.
De plus, le reste de ce mode de réalisation est construit d'une manière similaire au mode de réalisation 1 ci-dessus.
Ensuite, les résultats mesurés de l'augmentation du couple de puissance et de la tension induite à vide à courant d'excitation nul lorsqu'une aire en coupe transversale des aimants permanents est changée dans une machine électrique rotative du type Lundell à seize pôles fonctionnant sous une tension de 12 volts sont représentés sur les figures 6A et 6B. De plus, la figure 6A représente une relation entre l'aire en coupe transversale des aimants permanents et l'augmentation du couple de puissance, et la figure 6B représente une relation entre l'aire en coupe transversale des aimants permanents et une tension induite à vide à courant d'excitation nul. La figure 7 est un graphique expliquant une relation entre l'aire en coupe transversale des aimants permanents et la longueur axiale (L3).
Ici, comme représenté sur la figure 7, la surface des aimants permanents 20 en contact avec les surfaces latérales circonférentielles des parties de pôle magnétique en forme de fourches 19, en d'autres termes, l'aire en coupe transversale dans un plan qui est parallèle aux surfaces latérales circonférentielles des parties de pôle magnétique en forme de fourches 19, est changée en changeant la longueur axiale L3. Un aimant permanent 20a est un aimant correspondant au point A sur la figure 6 et a une partie de base positionnée axialement à l'extérieur du noyau de stator 13 (L3 > L1).
Un aimant permanent 20b est un aimant permanent correspondant au point B sur la figure 6 et a une partie de base alignée avec la surface d'extrémité axiale du noyau de stator 13 (L3 = L1). Un aimant permanent 20c est un aimant correspondant au point C sur la figure 6 et a une partie de base alignée avec une partie de congé circonférentielle interne des pôles magnétiques en forme de fourches 19 (L3 = L2). Au vu de la figure 6A, on peut voir que l'augmentation du couple de
puissance augmente en proportion de l'augmentation de la surface de l'aimant, mais que lorsque la surface de l'aimant excède 270 mm2 {point B) , la vitesse d'augmentation du couple de puissance décroît. Dans une région où la surface de l'aimant excède 270 mm2, les effets de l'augmentation du couple de puissance par l'augmentation de la surface de l'aimant sont réduits. En d'autres termes, la quantité d'augmentation du couple de puissance par aimant unitaire dans les aimants permanents est réduite.
Au vu de la figure 6B, la tension induite à vide à courant d'excitation nul augmente en proportion de l'augmentation de la surface de l'aimant dans une région dans laquelle la surface de l'aimant est supérieure à 180 mm2 (point C), et excède les 12 V constituant la tension du système d'alimentation lorsque la surface de l'aimant excède 270 mm2 (point B). Puis, dans une région dans laquelle la surface de l'aimant est inférieure à 180 mm2 (point C), les effets de l'augmentation de la tension induite à vide à courant d'excitation nul par l'augmentation de la surface de l'aimant sont réduits. En d'autres termes, la quantité d'augmentation de la tension induite à vide à courant d'excitation nul par aimant unitaire dans les aimants permanents est réduite.
Au vu de cela, il est souhaitable que l'aire en coupe transversale des premiers et seconds aimants permanents 20A et 20B soit établie de façon à être supérieure à 180 mm2 et égale ou inférieure à 270 mm2 du point de vue du couple de puissance et de la tension induite à vide à courant d'excitation nul. En d'autres termes, il est souhaitable que la longueur axiale L3 des aimants permanents soit inférieure ou égale à L1 et supérieure à L2 (L1 ? L3 > L2).
Dans le mode de réalisation 2, du fait que la longueur axiale L3 des aimants permanents satisfait L1 > L3 > L2, la tension induite à vide à courant d'excitation nul peut être maintenue à l'intérieur de la tension du système d'alimentation et la quantité d'augmentation du couple de puissance et de la tension induite à vide à courant d'excitation nul par aimant unitaire est grande, ce qui rend efficace l'agencement des aimants permanents.
Mode de réalisation 3 La figure 8 est une coupe transversale représentant schématiquement le voisinage des parties de pôle magnétique en forme de fourches d'une machine électrique automobile rotative selon le mode de réalisation 3 de la présente invention.
Sur la figure 8, les premiers et seconds aimants permanents 20a et 20B sont préparés de façon à présenter une forme de surface latérale (une forme en coupe transversale) correspondant à une surface latérale circonférentielle des premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches 19A et 19B, la forme de surface latérale ayant une forme conique constituée par un côté court radial d'extrémité, un côté oblique constituant la surface circonférentielle la plus extérieure et un côté oblique joignant une extrémité inférieure du côté court radial d'extrémité et une partie de congé circonférentielle interne des premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches 19A et 19B. Les positions des parties de base des premiers et seconds aimants permanents 20A et 20B s'alignent avec les positions des première et seconde extrémités axiales d'un noyau de stator 13 par rapport à une direction axiale. En d'autres termes, une longueur axiale L3 des aimants permanents par rapport à une longueur axiale L1 du noyau de stator 13 satisfait l'expression L3 = L1.
De plus, le reste de ce mode de réalisation est construit d'une manière similaire au mode de réalisation 2 ci-dessus.
Selon le mode de réalisation 3, la longueur axiale L3 des aimants permanents est préparée de façon à être égale à la longueur axiale L1 du noyau de stator 13. Ainsi, d'une manière similaire au mode de réalisation 2 ci-dessus, la tension induite à vide à courant d'excitation nul peut être maintenue à l'intérieur de la tension du système d'alimentation, et la quantité d'augmentation du couple de puissance et de la tension induite à vide à courant d'excitation nul est grande, ce qui rend efficace l'agencement des aimants permanents.
Le flux magnétique supplémentaire en provenance des premiers et seconds aimants permanents 20A et 20B circule également à travers le noyau de stator 13 sans perte de flux magnétique. Ainsi, du fait que le flux magnétique supplémentaire en provenance des premiers et seconds aimants permanents 20A et 20B est utilisé au maximum, l'agencement des aimants permanents est efficace.
Mode de réalisation 4 La figure 9 est une coupe transversale représentant schématiquement le voisinage des parties de pôle magnétique en forme de fourches d'une machine électrique automobile rotative selon le mode de réalisation 4 de la présente invention.
Sur la figure 9, les premiers et seconds aimants permanents 20A et 20B sont préparés de façon à présenter une forme de surface latérale (une forme en coupe transversale) correspondant à une surface latérale circonférentielle des premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches 19A et 19B, la forme de surface latérale ayant une forme conique constituée par un côté court radial d'extrémité, un côté oblique constituant la surface circonférentielle la plus extérieure et un côté oblique joignant une extrémité inférieure du côté court radial d'extrémité et une partie de congé circonférentielle interne des premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches 19A et 19B. Les positions des surfaces d'extrémité axiales des parties de base et des parties d'extrémité des premiers aimants permanents 20A s'alignent avec les positions des surfaces d'extrémité axiales des parties d'extrémité et des parties de base des seconds aimants permanents 20B par rapport à une direction axiale. De plus, les parties de base des premiers et seconds aimants permanents 20A et 20B sont positionnées axialement à l'intérieur des surfaces d'extrémité axiales d'un noyau de stator 13.
De plus, le reste de ce mode de réalisation est construit d'une manière similaire au mode de réalisation 2 ci-dessus.
Dans le mode de réalisation 4, du fait que la longueur axiale L3 des aimants permanents satisfait également l'expression Ll >- L3 > L2, d'une manière similaire au mode de réalisation 2 ci-dessus, la tension induite à vide à courant d'excitation nul peut être maintenue à l'intérieur de la tension du système d'alimentation et la quantité d'augmentation du couple de puissance et de la tension induite à vide à courant d'excitation nul par aimant unitaire est grande, ce qui rend efficace l'agencement des aimants permanents.
Du fait que les positions axiales des surfaces d'extrémité axiales des parties de base et des parties d'extrémité des premiers aimants permanents 20A s'alignent avec les positions axiales des surfaces d'extrémité d'extrémité les parties parties et que aimants permanents 20A et 20B s'alignent avec les parties d'extrémité des premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches 19A et 19B, la perte de axiales des parties de base et des des seconds aimants permanents 20B, d'extrémité des premiers et seconds flux magnétique entre les premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches 19A et 19B peut être réduite de façon fiable.
Mode de réalisation 5 La figure 10 est une coupe transversale représentant schématiquement le voisinage des parties de pôle magnétique en forme de fourches d'une machine électrique automobile rotative selon le mode de réalisation 5 de la présente invention.
Sur la figure 10, les premiers et seconds aimants permanents 20A et 20B sont formés de façon à présenter une surface inclinée venant en intersection avec une surface d'extrémité axiale d'une partie de base en découpant et en enlevant un côté radial interne de la partie de base, et les positions axiales des surfaces d'extrémité axiales des parties d'extrémité sont positionnées près des parties de base par rapport aux parties d'extrémité des premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches 19A et 19B. En d'autres termes, les premiers et seconds aimants permanents 20A et 20B sont préparés de façon à présenter une forme de surface latérale (une forme en coupe transversale) généralement alignée avec une surface latérale circonférentielle des premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches 19A et 19B dans une région excluant les parties circonférentielles internes des parties d'extrémité et des parties de base des premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches 19A et 19B, la forme de surface latérale ayant une forme conique constituée par un côté court radial d'extrémité, un côté oblique constituant la surface circonférentielle la plus extérieure et un côté oblique joignant une extrémité inférieure du côté court radial d'extrémité et une partie de congé circonférentielle interne des premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches 19A et 19B. Les positions des surfaces d'extrémité axiale des parties de base et des parties d'extrémité des premiers aimants permanents 20A s'alignent avec les positions axiales des surfaces d'extrémité axiales des parties d'extrémité et des parties de base des seconds aimants permanents 20B. De plus, les parties de base des premiers et seconds aimants permanents 20A et 20B sont positionnées axialement à l'intérieur des surfaces d'extrémité axiales d'un noyau de stator 13.
De plus, le reste de ce mode de réalisation est construit d'une manière similaire au mode de réalisation 2 ci-dessus.
Dans le mode de réalisation 5, les parties périphériques radialement externes des premiers et seconds aimants permanents 20A et 20B sont très proches du noyau de stator 13, et le flux magnétique supplémentaire en provenance des aimants permanents dans ces parties circule à travers le noyau de stator 13, devenant un flux magnétique efficace. Cependant, les côtés radiaux internes des parties de base des premiers et seconds aimants permanents 20A et 20B sont distants du noyau de stator 13, et le flux magnétique supplémentaire en provenance des aimants permanents dans ces parties est moins susceptible de circuler à travers le noyau de stator 13, ce qui le rend peu susceptible de devenir un flux magnétique efficace.
Dans le mode de réalisation 5, du fait que les parties des aimants permanents qui contribuent peu au flux magnétique supplémentaire, constituées par les côtés radiaux internes des parties de base des premiers et seconds aimants permanents 20A et 20B, sont découpées, la forme de l'aimant permet d'utiliser efficacement le flux magnétique des aimants permanents comme flux magnétique efficace, ce qui permet des réductions de la dimension des aimants permanents tout en assurant un flux magnétique efficace pouvant être ajouté.
Dans le mode de réalisation 5, du fait que la longueur axiale L3 des aimants permanents satisfait également L1 ? L3 > L2, des effets similaires à ceux du mode de réalisation 2 peuvent également être obtenus.
Mode de réalisation 6 La figure 11 est une coupe transversale représentant schématiquement le voisinage des parties de pôle magnétique en forme de fourches d'une machine électrique automobile rotative selon le mode de réalisation 6 de la présente invention.
Sur la figure 11, une quantité de découpe sur un côté radial interne d'une partie de base des premiers et seconds aimants permanents 20A et 20B est plus grande que dans le mode de réalisation 5 ci-dessus, étant formée de façon à présenter une forme de surface latérale (une forme en coupe transversale) correspondant à une région de chevauchement (une surface superposée) lorsqu'une surface latérale circonférentielle d'une première partie de pôle magnétique en forme de fourches 19A est projetée sur une surface latérale circonférentielle d'une seconde partie de pôle magnétique en forme de fourches 19B lui faisant face. Les parties de base des premiers et seconds aimants permanents 20A et 20B sont positionnées axialement à l'intérieur des surfaces d'extrémité axiales d'un noyau de stator 13.
De plus, le reste de ce mode de réalisation est construit d'une manière similaire au mode de réalisation 2 ci-dessus.
Selon le mode de réalisation 6, du fait que les premiers et seconds aimants permanents 20A et 20B sont formés de façon à présenter une forme en coupe transversale correspondant généralement à une surface superposée dans laquelle les surfaces latérales circonférentielles se faisant face des premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches 19A et 19B sont superposées dans une direction circonférentielle, la perte de flux magnétique entre les premières et secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches 19A et 19B peut être réduite de façon fiable.
Du fait que les parties des aimants permanents qui contribuent peu au flux magnétique supplémentaire, constituées par les côtés radiaux internes des premiers et seconds aimants permanents 20A et 20B, sont découpées, la forme de l'aimant permet d'utiliser efficacement le flux magnétique des aimants permanents comme flux magnétique efficace, ce qui permet des réductions supplémentaires de la dimension des aimants permanents tout en assurant un flux magnétique efficace pouvant être ajouté.
Dans le mode de réalisation 6, du fait que la longueur axiale L3 des aimants permanents satisfait également L1 >- L3 > L2, des effets similaires à ceux du mode de réalisation 2 peuvent également être obtenus.
Mode de réalisation 7 Dans les modes de réalisation 1 à 6 ci-dessus, la forme et l'agencement des aimants permanents disposés sur les surfaces latérales circonférentielles des parties de pôle magnétique en forme de fourches sont prescrits mais dans le mode de réalisation 7, une relation de la surface de la surface latérale (surface en coupe transversale) des aimants permanents par rapport à la surface de la surface latérale circonférentielle d'un côté des parties de pôle magnétique en forme de fourches est prescrite.
La figure 12 est une coupe transversale représentant schématiquement le voisinage des parties de pôle magnétique en forme de fourches d'une machine électrique automobile rotative selon le mode de réalisation 7 de la présente invention, et la figure 13 est un graphique représentant une relation entre le rapport de surface de l'aimant et l'augmentation maximum du couple pendant le fonctionnement de la machine électrique automobile rotative selon le mode de réalisation 7 de la présente invention.
Ici, le rapport de surface de l'aimant est un rapport (Sm/Sp) occupé par la surface Sm de la surface latérale (l'aire en coupe transversale) des aimants permanents par rapport à la surface Sp de la surface latérale circonférentielle des parties de pôle magnétique en forme de fourches. La surface Sp de la surface latérale circonférentielle d'un côté des parties de pôle magnétique en forme de fourches, comme indiqué par des lignes obliques sur la figure 12, est la surface d'une région sur une surface latérale circonférentielle d'une première partie de pôle magnétique en forme de fourches 19A bordée par un côté court radial d'extrémité, un côté oblique constituant une surface circonférentielle la plus extérieure, un côté oblique joignant une extrémité inférieure du côté court radial d'extrémité et une partie de congé circonférentielle interne de la première partie de pôle magnétique en forme de fourches 19A, et une ligne radiale droite alignée avec une surface d'extrémité axiale du noyau de stator 13. Par ailleurs, la surface Sm de la surface latérale des aimants permanents est la surface d'un premier aimant permanent 20A en contact avec la surface latérale circonférentielle de la première partie de pôle magnétique en forme de fourches 19A. Les premiers aimants permanents 20A ont une forme de surface latérale correspondant à une surface latérale circonférentielle des premières parties de pôle magnétique en forme de fourches 19A, la forme de surface latérale étant constituée par un côté court radial d'extrémité, un côté oblique constituant une surface circonférentielle la plus extérieure et un côté oblique joignant une extrémité inférieure du côté court radial d'extrémité et une partie de congé circonférentielle interne des premières parties de pôle magnétique en forme de fourches 19A, la surface Sm de la surface latérale étant changée en changeant les positions axiales du côté long de base constitué par la ligne radiale droite. De plus, les secondes parties de pôle magnétique en forme de fourches 19B et les seconds aimants permanents 20B sont également similaires.
Ensuite, dans une machine électrique automobile rotative dans laquelle le diamètre externe du rotor est de 105,5 mm, et le diamètre externe du noyau de stator est de 135,0 mm, le rapport (Sm/Sp) occupé par la surface Sm de la surface latérale (l'aire en coupe transversale) des aimants permanents par rapport à la surface Sp de la surface latérale circonférentielle des parties de pôle magnétique en forme de fourches a été changée et l'augmentation maximum de couple pendant le fonctionnement résultant de l'ajout d'aimants permanents a été mesurée, les résultats étant représentés sur la figure 13. De plus, l'induction magnétique résiduelle (Br) des aimants permanents est établie de façon à ce que la tension induite pendant un fonctionnement sous un courant d'excitation nul n'excède pas la tension du système d'alimentation.
Au vu de la figure 13, on peut voir que lorsque le rapport de la surface de l'aimant augmente, la quantité d'augmentation maximum de couple pendant le fonctionnement augmente, lorsque le rapport de surface de l'aimant est d'approximativement 0,9, la quantité d'augmentation maximum de couple pendant le fonctionnement atteint une valeur maximum à 6,5 Nm, et lorsque le rapport de surface de l'aimant excède 0,9, la quantité d'augmentation maximum de couple pendant le fonctionnement diminue.
Ainsi, en établissant le rapport (Sm/Sp) entre la surface de la surface latérale des parties de pôle magnétique en forme de fourches et la surface des aimants permanents de façon à satisfaire l'expression Sm/Sp S 1,0, (en prenant en compte les irrégularités dans les caractéristiques) tout en sélectionnant une Br pour les aimants permanents telle que la tension induite n'excède pas la tension du système d'alimentation pendant le fonctionnement sous un courant d'excitation nul, des caractéristiques améliorées résultant de la forme de l'aimant la plus efficace peuvent être obtenues.
Claims (7)
1. Machine électrique automobile rotative caractérisée en ce qu'elle comprend: un rotor (7) comportant: un noyau de rotor (16) comprenant: une partie de bossage cylindrique (17) ; une première partie de culasse (18A) disposée de façon à s'étendre radialement vers l'extérieur à partir d'une première extrémité axiale de ladite partie de bossage (17) ; une seconde partie de culasse (18B) disposée de façon à s'étendre radialement vers l'extérieur à partir d'une seconde extrémité axiale de ladite partie de bossage (17) ; une pluralité de premières parties de pôle magnétique en forme de fourches (19A), chacune disposée de façon à s'étendre en direction de ladite seconde extrémité axiale à partir de ladite première partie de culasse (18A), agencées selon un pas prédéterminé dans une direction circonférentielle et ayant une forme de surface circonférentielle la plus extérieure radialement formée de façon à présenter une forme trapézoïdale constituée par un côté court circonférentiel d'extrémité, un côté long circonférentiel de partie de base et deux côtés obliques; et une pluralité de secondes parties de pôle magnétique (19B) en forme de fourches chacune disposée de façon à s'étendre en direction de ladite première extrémité axiale à partir de ladite seconde partie de culasse (18B), agencées selon un pas prédéterminé dans une direction circonférentielle, ayant une forme de surface circonférentielle la plus extérieure radialement formée de façon à présenter une forme trapézoïdale constituée par un côté court circonférentiel d'extrémité, un côté long circonférentiel de partie de base et deux côtés obliques et agencées de façon à alterner avec lesdites premières parties de pôle magnétique en forme de fourches (19A) dans une direction circonférentielle; et un enroulement inducteur (15) installé sur ladite partie de bossage (17), ledit rotor (7) étant disposé de façon à pouvoir 15 tourner autour d'un arbre (6) inséré à travers une position centrale axiale de ladite partie de bossage (17) ; un stator (8) comportant: un noyau de stator cylindrique (13) ; et un bobinage de stator (14) installé dans ledit noyau de stator (13), ledit noyau de stator (13) étant installé de façon à entourer ledit noyau de rotor (16) de façon coaxiale; et des aimants permanents (20A, 20B) constitués par des premiers (20A) et seconds (20B) aimants permanents disposés entre chaque paire adjacente sur la circonférence desdites premières (19A) et secondes (19B) parties de pôle magnétique en forme de fourches de façon à entrer en contact d'une surface latérale circonférentielle desdites premières (19A) et secondes (19B) parties de pôle magnétique en forme de fourches, dans laquelle une longueur axiale (L1) dudit noyau de stator (13) par rapport à une distance axiale (L2) entre les surfaces d'extrémité se faisant face desdites première (18A) et seconde (18B) parties de culasse est construite de façon à satisfaire l'expression L1 > L2.
2. Machine électrique automobile rotative selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits premiers (20A) et seconds (20B) aimants permanents sont chacun formés de façon à présenter une forme en coupe transversale positionnée à l'intérieur d'une forme de surface latérale circonférentielle desdites premières (19A) et secondes (19B) parties de pôle magnétique en forme de fourches en contact.
3. Machine électrique automobile rotative selon la revendication 2, caractérisée en ce que la longueur axiale (L1) dudit noyau de stator (13), la distance axiale (L2) entre les surfaces d'extrémité se faisant face desdites première (18A) et seconde (18B) parties de culasse et une longueur axiale (L3) desdits aimants permanents (20A, 20B) sont construites de façon à satisfaire l'expression L1 >_ L3 > L2.
4. Machine électrique automobile rotative selon la revendication 2, caractérisée en ce que lesdits premiers (20A) et seconds (20B) aimants permanents sont chacun formés de façon à présenter une forme correspondant à une partie d'extrémité de ladite forme de surface latérale circonférentielle desdites premières (19A) et secondes (19B) parties de pôle magnétique en forme de fourches en contact; et les positions axiales d'une partie d'extrémité et d'une partie de base desdits premiers aimants permanents (20A) sont alignées avec les positions axiales d'une partie de base et d'une partie d'extrémité desdits seconds aimants permanents (20B), respectivement.
5. Machine électrique automobile rotative selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'une partie de chacun desdits premiers (20A) et seconds (20B) aimants permanents faisant face à un côté interne radial d'une partie de congé desdites premières (19A) et secondes (19B) parties de pôle magnétique en forme de fourches est découpée et enlevée.
6. Machine électrique automobile rotative selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdits premiers (20A) et seconds (20B) aimants permanents sont chacun construits de façon à présenter une forme en coupe transversale sensiblement alignée avec une surface superposée sur laquelle les surfaces latérales circonférentielles se faisant face desdites premières (19A) et secondes (19B) parties de pôle magnétique en forme de fourches se chevauchent dans une direction circonférentielle.
7. Machine électrique automobile rotative selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits premiers (20A) et seconds (20B) aimants permanents sont construits de façon à ce que chacun présente une forme en coupe transversale ayant une forme qui est sensiblement similaire à une forme de surface latérale circonférentielle desdites premières (19A) et secondes (19B) parties de pôle magnétique en forme de fourches en contact; et un rapport (Sm/Sp) occupé par une surface (Sm) desdits premiers (20A) et seconds (20B) aimants permanents par rapport à une surface (Sp) d'une surface latérale circonférentielle desdites premières (19A) et secondes (19B) parties de pôle magnétique en forme de fourches satisfait l'expression Sm/Sp <- 1,0.
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