FR2912852A1

FR2912852A1 - Machine rotative electrique

Info

Publication number: FR2912852A1
Application number: FR0753341A
Authority: FR
Inventors: Masao Kikuchi; Hitoshi Isoda
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-02-19
Filing date: 2007-02-19
Publication date: 2008-08-22
Anticipated expiration: 2027-02-19
Also published as: FR2912852B1

Abstract

Une machine rotative électrique comprend : un stator (2) ; un rotor (1) qui comprend un arbre rotatif (4), et tourne coaxialement avec le stator (2) ; une console (5), (6) supportant et fixant le stator (2) et supportant à rotation l'arbre rotatif (4) ; un détecteur de position de rotation (11) disposé du côté opposé à la charge de l'arbre rotatif (4) pour détecter une position de rotation du rotor (1) ; et une partie motrice (18) comprenant un élément de commutation (9) disposé du côté circonférentiel externe du détecteur de position de rotation (11). Un organe de blindage (12) est disposé au niveau du détecteur de position de rotation (11) pour couvrir la circonférence et blinder un champ magnétique généré par l'élément de commutation (9).

Description

MACHINE ROTATIVE ELECTRIQUE CONTEXTE DE L'INVENTION 1. DOMAINE DE

L'INVENTION La présente invention concerne une machine rotative électrique telle qu'un moteur et, plus particulièrement, une machine rotative électrique de petite taille qui comprend un détecteur de position de rotation et une partie d'élément de commutation commandant le courant circulant à travers la machine rotative électrique, et qui est montée de manière appropriée pour occuper un petit espace tel que pour utilisation dans les véhicules.

2. DESCRIPTION DE L'ART CONNEXE Dans un moteur électrique équipé d'un dispositif de commande qui est divulgué, par exemple, dans la publication de brevet japonais (non examinée) n 27 903/1999 (aux pages 4 à 5, figure 2), un boîtier de dispositif de commande est fixé sur une console d'extrémité ou sur un logement du côté opposé à la charge d'un moteur électrique, et un ventilateur de refroidissement est attaché à une portion d'extrémité du côté opposé à la charge d'un arbre fonctionnant via le boîtier de dispositif de commande. Le boîtier de dispositif de commande contient un circuit inverseur et un détecteur de position d'un rotor qui est situé sur le côté circonférentiel interne du circuit inverseur. Les sorties du moteur électrique sont ajustées par une commande MARCHE/ARRET d'un élément de commutation du circuit inverseur. Lors de la mise en oeuvre de l'élément de commutation, un changement brusque de champ magnétique se produit, accompagné par le changement rapide de courants et donc un tel changement de champ magnétique ressort sous forme de bruits électromagnétiques dans d'autres dispositifs ou circuits, ce qui peut mener à un dysfonctionnement. Dans le moteur électrique équipé d'un dispositif de commande comme révélé dans la publication de brevet japonais n 27 903/1999 mentionnée ci-dessus (non examinée), puisque la partie du circuit inverseur contenant l'élément de commutation et le détecteur de position de rotation du rotor sont disposés à proximité, des bruits qui sont générés par le changement brusque mentionné ci-dessus de champ magnétique se superposent sur la sortie du détecteur de position de rotation. En conséquence, il existe le problème que la position du rotor est détectée de manière erronée. RESUME DE L'INVENTION La présente invention a été faite pour résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus, et a pour objet de proposer une machine rotative électrique dans laquelle un détecteur de position de rotation n'est pas affecté par le champ magnétique externe, et les bruits inclus dans les sorties du détecteur de position de rotation sont réduits pour empêcher un dysfonctionnement du détecteur de position de rotation. Une machine rotative électrique selon l'invention comprend : un stator ; un rotor fixé à un arbre rotatif qui tourne coaxialement avec le stator mentionné ; une console qui supporte et fixe le stator mentionné et qui supporte l'arbre rotatif mentionné de façon à être susceptible de rotation; et un détecteur de position de rotation qui est disposé sur un côté d'extrémité de l'arbre rotatif mentionné pour détecter une position de rotation du rotor mentionné ; et dans laquelle un organe de blindage qui couvre la circonférence du détecteur de position de rotation et qui blinde un champ magnétique externe est monté sur le détecteur de position de rotation mentionné. Dans la machine rotative électrique de la construction ci-dessus selon l'invention, puisqu'il est prévu qu'un organe de blindage qui couvre la circonférence d'un détecteur de position de rotation et qui blinde le champ magnétique externe, la plus grande partie des champs magnétiques qui sont générés à l'extérieur du détecteur de position de rotation sont absorbés dans l'organe de blindage, et l'intensité du champ magnétique autour du détecteur de position de rotation devient significativement petite. Ainsi, les bruits superposés sur les sorties à partir du détecteur de position de rotation sont diminués à des niveaux tels qu'ils n'entraînent aucun dysfonctionnement du détecteur de position de rotation.

Les objets, particularités, aspects et avantages précédents et autres de la présente invention ressortiront de la description détaillée suivante de la présente invention prise conjointement avec les dessins annexés.30 BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est une vue schématique en coupe montrant un premier mode de réalisation préféré d'une machine rotative électrique selon la présente invention. La figure 2 est une vue latérale prise axialement sur la portion périphérique d'un détecteur de position de rotation sur la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe agrandie d'une partie essentielle pour expliquer les effets d'un organe de blindage qui réduit les influences d'une partie motrice sur le détecteur de position de rotation. La figure 4 est une vue schématique en 15 coupe pour expliquer un organe de blindage dans une structure stratifiée. La figure 5 est une vue en coupe agrandie de la partie essentielle pour expliquer les effets d'un organe de blindage qui réduit les influences d'une 20 partie motrice sur le détecteur de position de rotation. La figure 6 est une vue schématique en coupe montrant un second mode de réalisation de la machine rotative électrique selon l'invention. 25 La figure 7 est un tableau montrant les résultats d'effets mesurés des organes de blindage. DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES On décrit ci-après plusieurs modes de réalisation préférés selon la présente invention en se 30 référant aux dessins. Les modes de réalisation décrits ci-après montrent comme exemple la structure d'une machine rotative électrique équipée d'un dispositif de commande, dans laquelle un dispositif de commande monté sur la machine rotative électrique comprend une partie d'élément de commutation pour commander le courant fourni à des enroulements enroulés autour d'un stator ou d'un rotor. La figure 1 est une vue schématique en coupe montrant un premier mode de réalisation d'une machine rotative électrique selon la présente invention, et la figure 2 est une vue latérale prise axialement sur la portion périphérique d'un détecteur de position de rotation. La machine rotative électrique selon ce premier mode de réalisation est pourvue d'un stator 2 supporté et fixé sur des consoles 5 et 6, et un rotor 1 qui comprend un arbre rotatif 4 supporté à rotation par les consoles 5 et 6, et qui est mis en rotation coaxialement avec le stator 2. Le stator 2 comprend un enroulement de stator 3 et le rotor 1 comprend un enroulement de rotor 33. Une poulie 17 est attachée au côté charge de l'arbre rotatif 4, et la poulie 17 est reliée à des charges non montrées. Une partie motrice 18 comprenant un élément de commutation 9 et un puits thermique 10 est attachée à la console 5 du côté opposé au côté charge. Une partie du circuit de commande 13 qui commande l'élément de commutation 9 de la partie motrice 18 est contenue dans un boîtier 15 attaché à l'extérieur (dans un sens opposé au côté charge) de la partie motrice 18. Un détecteur de position de rotation 11 est attaché à l'extrémité sur le côté opposé au côté charge de l'arbre rotatif 4. Un espace 19 est formé entre le détecteur de position de rotation 11 et la partie motrice 18 disposée sur le côté circonférentiel externe du détecteur de position de rotation 11. La partie motrice 18 est située concentriquement avec l'arbre rotatif 4. Dans le cas d'une machine rotative électrique à commander avec un courant alternatif triphasé, par exemple, comme le montre la figure 2, la phase U, la phase V et la phase W sont disposées des deux côtés de la circonférence dans une direction horizontale et au niveau de la portion inférieure de la circonférence dans une direction verticale. De plus, dans le cas, par exemple, d'une machine rotative électrique de type enroulement inducteur, une partie de balai 8 qui porte le courant à travers l'enroulement de rotor 33 est disposée dans l'espace supérieur restant de la circonférence dans la direction verticale. En raison d'une telle configuration, l'espace est efficacement utilisé, et ainsi une machine rotative électrique compacte équipée d'un dispositif de commande peut être atteinte. Comme le montre la figure 2, le détecteur de position de rotation 11 a un contour sensiblement concentrique avec l'arbre rotatif 4. Radialement entre le détecteur de position de rotation 11 et la partie motrice 18, un espace 19 de forme cylindrique ou de forme presque prismatique avec l'arbre rotatif 4 centré est formé. Un organe de blindage 12 ayant un contour concentrique avec l'arbre rotatif 4 est attaché dans l'espace 19 de façon à couvrir la circonférence externe du détecteur de position de rotation 11.

De cette manière, en formant l'espace 19 et en attachant l'organe de blindage 12 en utilisant l'espace 19, il est possible d'obtenir une machine rotative électrique compacte équipée d'un dispositif de commande. Au moment de mettre en MARCHE/ARRET l'élément de commutation 9, le changement brusque de champ magnétique lié au détecteur de position de rotation 11 se produit, résultant du changement rapide de courant, générant ainsi du bruit dans les sorties du détecteur de position de rotation 11. Le bruit est transmis au côté circuit de commande comme tout signal de position de rotation, menant à une erreur de rotation de la machine rotative électrique.

Pour parer à l'occurrence d'un tel changement brusque de champ magnétique, dans ce premier mode de réalisation, comme le montrent les figures 1 et 2, l'organe de blindage 12 est disposé au niveau de l'espace 19 formé entre la partie motrice 18 et le détecteur de position de rotation 11 pour couvrir la circonférence du détecteur de position de rotation 11, de sorte que le bruit se produisant au niveau du détecteur de position de rotation 11 est diminué. Dans ce cas, pour améliorer l'effet de blindage, on préfère que l'organe de blindage 12 ayant une longueur axiale sensiblement égale à la longueur L du détecteur de position de rotation 11 montré sur la figure 1 soit agencé pour former un cercle autour de la circonférence entière du détecteur de position de rotation 11 comme le montre la figure 2.

Les figures 3 et 5 sont des vues en coupe agrandies de portions principales pour expliquer les effets de l'organe de blindage qui réduit les influences de la partie motrice 18 sur le détecteur de position de rotation. La figure 4 est une vue en coupe montrant un exemple d'une construction de l'organe de blindage. La figure 3 montre un cas où l'organe de blindage 12a constitué d'un matériau de haute conductivité tel que le cuivre ou l'aluminium est disposé entre la partie motrice 18 et le détecteur de position de rotation 11. Comme le montre la figure 3, au niveau de l'organe de blindage 12a, un courant de Foucault 20 est généré dans un sens d'annulation de changement brusque de champ qui se produit au moment d'opérer une MARCHE/ARRET de l'élément de commutation, et un champ magnétique lié à l'intérieur de l'organe de blindage 12a est affaibli au niveau du détecteur de position de rotation 11 (ci-après, désigné par effet de blindage).

En conséquence, il est possible d'abaisser le niveau de bruit du détecteur de position de rotation 11. Bien que l'organe de blindage 12a n'ait seulement à être constitué que de tout matériau conducteur, il est préférable d'employer un matériau conducteur de résistivité électrique aussi petite que possible, et, par exemple, le cuivre ou d'autres matériaux dont le composant principal est le cuivre auront un effet de blindage important. De plus, l'aluminium ou d'autres matériaux dont le composant principal est l'aluminium peuvent également présenter l'avantage d'une économie de poids en plus de l'effet de blindage. En outre, dans le cas d'une construction intégrée de l'organe de blindage 12a et de la console 5, il est possible de réduire les organes de montage pour attacher l'organe de blindage 12a à la console 5.

De plus, comme le montre la figure 4, un organe de blindage 12a qui est fabriqué en enroulant de manière alternée un conducteur 22 constitué de matériaux conducteurs et une couche isolante 21 constituée de matériaux isolants formant de multiples couches peuvent avoir un effet de blindage avec un courant de Foucault dans le voisinage de la surface du conducteur 22, conduisant à un effet de blindage encore autre. Dans ce cas, la couche isolante 21 peut être une feuille constituée de résine, ou une couche adhésive et similaires, ou peut être une couche de revêtement, une couche déposée en phase vapeur et similaires formée sur le conducteur 22. De plus, en usage pratique, des couches en oxyde à former sur la surface de la couche de conducteur 22 constituée, par exemple, d'aluminium ou de cuivre peuvent être utilisées à la condition d'avoir une épaisseur présentant des propriétés isolantes suffisantes. Il est préférable que des matériaux formés avec les couches en oxyde soient enroulés pour être de multiples couches.

La figure 5 montre un cas où une couche non magnétique 23 telle qu'en cuivre ou en aluminium est montée entre la partie motrice 18 et le détecteur de position de rotation 11, et un organe de blindage magnétique 12b de petite résistance magnétique tel qu'une ferrite faiblement ferromagnétique est monté sur la circonférence de la couche non magnétique 23.

Puisque l'organe de blindage magnétique 12b a une résistance magnétique remarquablement petite comparée à la couche non magnétique 23, un flux magnétique qui est généré à partir de la partie motrice 18 positionnée radialement à l'extérieur de la machine rotative électrique ne fuit pas vers le détecteur de position de rotation 11, mais est dissipé vers l'extérieur via l'organe de blindage magnétique 12b. Il est préférable que la couche non magnétique 23 soit une couche d'air (à savoir un espace). En formant une couche d'air en tant que couche non magnétique 23, il est possible de réduire le nombre de parties. Dans ce cas, la relation entre l'organe de blindage 12b, le détecteur de position de rotation 11 et la partie motrice 18 est importante pour l'effet de réduction de bruit. A savoir, dans la relation entre la distance entre l'organe de blindage 12b et le détecteur de position de rotation 11 (distance A sur la figure 5) et la distance entre l'organe de blindage 12b et la partie motrice 18 (distance B sur la figure 5), il est préférable que la distance A, soit autant que possible plus grande que B. Du fait que la distance A est supérieure à la distance B, tout champ magnétique ayant changé au moment de la commutation est susceptible de passer à travers l'organe de blindage 12b, et le champ magnétique changé ne fuit pas de l'organe de blindage 12b vers le détecteur de position de rotation 11, un effet de blindage encore plus grand peut être ainsi obtenu.30 La figure 6 est une vue schématique en coupe montrant un second mode de réalisation de la machine rotative électrique selon la présente invention. Etant différent du premier mode de réalisation précédent, le détecteur de position de rotation 11 et la partie motrice 18 sont disposés en étant espacés dans une direction axiale de l'arbre rotatif 4. Lorsque la partie motrice 18 et le détecteur de position de rotation 11 sont situés de manière axialement espacée, le champ magnétique à générer par la partie motrice 18 est atténué, le bruit peut être ainsi réduit davantage. De plus, dans le cas d'une machine rotative électrique à courant alternatif de type enroulement inducteur, puisque le balai 8 pour porter le courant à travers l'enroulement de rotor 33 est monté de façon à être au contact avec une bague connectrice 32 de l'arbre rotatif 4, l'organe de blindage 12 ne peut pas être disposé au niveau de la partie de balai 8. Dans ce cas, toutefois, comme le montre la figure 6, en agençant le détecteur de position de rotation 11 avec un décalage dans un sens opposé au côté charge selon une direction axiale de l'arbre rotatif 4 pour éviter la partie de balai 8, l'organe de blindage 12 peut être monté de façon à former un cercle autour de la circonférence entière du détecteur de position de rotation 11. De plus, en disposant la partie motrice 18 sensiblement dans la même position que celle de la partie de balai 8 dans une direction axiale de l'arbre rotatif 4, un stockage compact peut être amélioré, et la partie motrice 18 et le détecteur de position de rotation 11 peuvent être espacés axialement sans être spécialement de grande taille.

Exemples La figure 7 montre les résultats de comparaison de niveaux de bruit dans des signaux de sortie provenant du détecteur de position de rotation 11 dans le cas où les organes de blindage 12 sont construits en changeant les configurations et matériaux, et ces organes de blindage 12 de diverses constructions sont utilisés. Le détecteur de position de rotation 11 selon les modes de réalisation est constitué d'un organe tel qu'un engrenage dans lequel l'enroulement est monté sur un noyau d'une substance magnétique. En outre, le détecteur de position de rotation 11 est un résolveur qui est attaché à l'arbre rotatif du rotor et qui détecte des positions de rotation à partir de changements de tension ayant lieu au niveau de l'enroulement monté sur le noyau en raison d'un changement magnétique provoqué par la rotation du rotor. En référence à la figure 7, un conducteur A est en cuivre, un conducteur B est en aluminium, une substance magnétique A est une ferrite faiblement ferromagnétique et une substance magnétique B est une substance faiblement ferromagnétique à base de fer dans laquelle une couche isolante est formée sur la surface d'une plaque fine.

La configuration (0) est le cas où aucun organe de blindage n'existe.

La configuration (1) est le cas où seule la circonférence du détecteur de position de rotation 11 est couverte par une couche de l'organe de blindage 12 constitué d'un conducteur A, d'un conducteur B et d'une substance magnétique A. La configuration (2) est le cas où une couche de l'organe de blindage 12 constitué d'un conducteur A et d'un conducteur B est formée axialement à partir du détecteur de position de rotation 11 vers la partie motrice 18. La configuration (3) est le cas où une ouverture est prévue au niveau de la partie de balai 8 par rapport à la configuration (2). La configuration (4) est le cas où seule la circonférence du détecteur de position de rotation 11 est enroulée avec trois couches de l'organe de blindage 12 qui est constitué d'une fine plaque du conducteur A et d'un isolant de façon à être de la même épaisseur que dans le cas de la configuration (1).

La configuration (5) est le cas où seule la circonférence du détecteur de position de rotation 11 est enroulée avec dix couches de l'organe de blindage 12 constitué d'une substance magnétique B de façon à être de la même épaisseur que dans le cas de la configuration (1). Dans tous les cas (configurations (1) à (5)), on sait que comparé au cas sans organe de blindage (configuration (0)), le niveau de bruit était réduit. En particulier, la configuration (4) avait un grand effet comparée à la configuration (1), et l'organe de blindage 12 constitué d'une fine plaque de conducteur A et d'un isolant s'est avéré être efficace pour la réduction du bruit. De plus, comme dans la configuration (5), dans le cas où le matériau magnétique de caractéristiques supérieures de haute fréquence contenant du fer est stratifié, comparé au cas sans organe de blindage 12, le bruit s'est avéré être réduit de pas plus de 1/10ème. En particulier, des alliages amorphes à base de fer et d'autres substances magnétiques d'effet de blindage magnétique supérieur sont faciles à fabriquer industriellement comme des matériaux de type feuille. Ces matériaux de type feuille étant enroulés et stratifiés, il est possible de fabriquer des organes de blindage ayant un effet de blindage extrêmement élevé. En particulier, un résolveur détectant le changement de champ magnétique passant par l'enroulement est sensible à l'influence provoquée par le changement du champ magnétique externe. Comme le montrent les résultats de la figure 7, toutefois, la fourniture d'un organe de blindage quelconque 12 s'est avérée hautement efficace pour réduire le niveau de bruit. La figure 7 montre les résultats d'utilisation d'un organe de blindage constitué d'un conducteur ou d'un organe de blindage constitué d'une substance magnétique seule. Toutefois, même si le conducteur et la substance magnétique sont utilisés en combinaison, l'effet de blindage similaire est exercé. Dans le cas de la substance magnétique d'effet de blindage magnétique supérieur qui est fabriquée sous forme de feuille, en enroulant une substance magnétique de type feuille sur la surface d'une feuille de conducteur tel que le cuivre ou l'aluminium de manière chevauchante, il est possible de parvenir à un bon effet de blindage sans utiliser une grande quantité d'organe de blindage constitué de substance magnétique coûteuse. Dans les premier et second modes de réalisation décrits ci-dessus, le cas où un champ magnétique externe est généré à partir de l'élément de commutation 9 est décrit. Toutefois, en prévoyant l'organe de blindage 12 de façon à ce qu'il couvre la circonférence du détecteur de position de rotation 11, par exemple, un effet de blindage est exercé également par rapport au champ magnétique externe généré à l'extérieur de la machine rotative électrique, permettant ainsi de réduire le niveau de bruit du détecteur de position de rotation 11. Selon un mode de réalisation, l'enroulement 33 est monté sur ledit rotor 1 ; une partie de l'élément de commutation 9 qui commande le courant à fournir audit enroulement 33 est disposée à l'extérieur dudit organe de blindage 12 ; et ladite partie de l'élément de commutation 9 génère ledit champ magnétique externe. Alors que les modes de réalisation présentement préférés de la présente invention ont été montrés et décrits, il doit être compris que ceux-ci sont ici à titre d'illustration et que divers changements et modifications peuvent être effectués sans sortir de la portée de l'invention telle qu'indiquée dans les revendications annexées.

Claims

REVENDICATIONS

1. Machine rotative électrique comprenant : un stator (2) ; un rotor (1) fixé à un arbre rotatif (4) qui tourne coaxialement avec ledit stator (2) ; une console (5), (6) qui supporte et fixe ledit stator (22) et qui supporte ledit arbre rotatif (4) de façon à être susceptible de rotation ; et un détecteur de position de rotation (11) qui est disposé d'un côté d'extrémité dudit arbre rotatif (4) pour détecter une position de rotation dudit rotor (1) ; machine dans laquelle un organe de blindage (12) qui couvre la circonférence du détecteur de position de rotation (11) et qui blinde un champ magnétique externe est monté sur ledit détecteur de position de rotation (11).

2. Machine rotative électrique selon la revendication 1, dans laquelle l'enroulement (33) est monté sur ledit rotor (1) ; une partie de l'élément de commutation (9) qui commande le courant à fournir audit enroulement (33) est disposée à l'extérieur dudit organe de blindage (12) ; et ladite partie de l'élément de commutation (9) génère ledit champ magnétique externe.

3. Machine rotative électrique selon la revendication 2, dans laquelle ledit détecteur de position de rotation (11), et ladite partie d'élément de commutation (9) sont disposés espacés axialement.

4. Machine rotative électrique selon la revendication 2, dans laquelle un espace sensiblement cylindrique ou sensiblement prismatique est formé avec ledit arbre rotatif (4) centré entre ledit détecteur de position de rotation (11) et ladite partie d'élément de commutation (9) ; et ledit organe de blindage (12) est disposé dans ledit espace.

5. Machine rotative électrique selon la revendication 1, dans laquelle ledit organe de blindage (12) est formé selon une circonférence de bague de façon à couvrir la circonférence entière dudit détecteur de position de rotation (11).

6. Machine rotative électrique selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle ledit organe de blindage (12) a une structure dans laquelle un matériau conducteur et un matériau isolant sont radialement stratifiés.

7. Machine rotative électrique selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle ledit organe de blindage (12) est constitué d'une substance faiblement ferromagnétique, et monté via une partie non magnétique sur le côté circonférentiel interne.

8. Machine rotative électrique selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle ledit organe de blindage (12) est formé d'un stratifié d'une substance faiblement ferromagnétique à base de fer dans laquelleune couche isolante est formée sur la surface d'une fine plaque.