FR2980056A1 - Cylindrical reluctance machine i.e. sinusoidal synchronous reluctance machine for use in engine of car, has rotor comprising cooling channel and circulation unit to circulate flow of ambient air or water inside cooling channel - Google Patents
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Abstract
Description
DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne une machine à reluctance comportant un rotor en matériau magnétique disposé à l'intérieur d'un stator comportant une pluralité de bobines électromagnétiques adaptées à mettre en rotation ledit rotor lorsqu'un courant électrique les traverse. Elle concerne plus particulièrement une machine à reluctance synchrone sinusoïdale. TECHNICAL FIELD TO WHICH THE INVENTION RELATES The present invention relates to a reluctance machine comprising a rotor made of magnetic material disposed inside a stator comprising a plurality of electromagnetic coils adapted to rotate said rotor when an electric current occurs. crosses. It relates more particularly to a sinusoidal synchronous reluctance machine.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE On connaît des machines à reluctance telles que décrites précédemment. Dans ces machines, le rotor est mis en rotation dans le stator. Ces machines connues présentent l'inconvénient de s'échauffer lors de leur fonctionnement, ce qui réduit leur rendement énergétique et dans des cas extrêmes peut les endommager. OBJET DE L'INVENTION Afin de remédier à l'inconvénient précité de l'état de la technique, la présente invention propose une nouvelle machine à reluctance dans laquelle cet échauffement est limité. BACKGROUND ART Reluctance machines are known as described above. In these machines, the rotor is rotated in the stator. These known machines have the disadvantage of heating up during operation, which reduces their energy efficiency and in extreme cases can damage them. OBJECT OF THE INVENTION In order to overcome the aforementioned drawback of the state of the art, the present invention proposes a new reluctance machine in which this heating is limited.
Plus particulièrement, on propose selon l'invention une machine à reluctance telle que décrite en introduction, dans laquelle le rotor comporte au moins un canal de refroidissement le traversant axialement et des moyens pour faire circuler un flux de gaz ou de liquide à l'intérieur de ce canal. D'autres caractéristiques non limitatives et avantageuses de la machine à reluctance conforme à l'invention sont les suivantes : - ledit canal de refroidissement est ménagé à l'intérieur du rotor ; - ledit canal de refroidissement est ménagé entre le rotor et le stator ; - ledit canal de refroidissement est délimité d'une part par une rainure ménagée dans une surface latérale externe du rotor et d'autre part par une surface latérale interne du stator ; - ladite rainure est ménagée dans une surface latérale externe du rotor à un endroit où le champ magnétique créé par les bobines électromagnétiques du stator en l'absence de ladite rainure présente une amplitude inférieure à 10 pour cent de l'amplitude maximale du champ magnétique ; - ladite rainure est ménagée dans une surface latérale externe du rotor à un endroit où la majeure partie des lignes de champ magnétique créées par les bobines électromagnétiques du stator est bloquée par des barrières à champ magnétique ; - il est prévu une pluralité de canaux de refroidissement disposés à intervalles angulaires réguliers autour de l'axe de rotation du rotor ; - dans chaque coupe du rotor selon un plan perpendiculaire à l'axe de rotation du rotor, plusieurs barrières à champ magnétique étant disposées à intervalles angulaires réguliers autour de l'axe de rotation du rotor de manière à bloquer les lignes de champ magnétique selon une pluralité de directions prédéterminées, chaque canal s'étend à cheval sur l'une de ces directions prédéterminées ; - chaque canal de refroidissement présente une section transversale dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation du rotor de forme symétrique par rapport à une direction radiale du rotor; - chaque canal de refroidissement présente une section transversale dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation du rotor de forme asymétrique par rapport à une direction radiale du rotor; - chaque canal de refroidissement présente une forme longitudinale droite parallèle à l'axe de rotation du rotor ; - chaque canal de refroidissement présente une forme longitudinale hélicoïdale autour de l'axe de rotation du rotor adaptée à faire circuler un flux de gaz ou de liquide à l'intérieur de ce canal de refroidissement lorsque le rotor tourne ; - ledit rotor comporte des barrières à champ magnétique hélicoïdales parallèles auxdits canaux de refroidissement ; - la position des bobines électromagnétiques dans ledit stator suit également une évolution hélicoïdale le long de l'axe de rotation du rotor, parallèle à l'évolution hélicoïdale de la position des canaux de refroidissement du rotor ; - les moyens pour faire circuler un flux de gaz ou de liquide à l'intérieur du canal comportent un moyen de mise en mouvement d'un gaz pour le faire circuler dans lesdits canaux de refroidissement, distinct desdits canaux de refroidissement ; - le moyen de mise en mouvement du gaz comporte un ventilateur ou un compresseur. L'invention concerne également un véhicule automobile dont le moteur comporte une machine à reluctance selon l'une des revendications précédentes. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés : - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un premier exemple de réalisation du rotor de la machine à reluctance selon l'invention, - la figure 2 est une vue schématique agrandie de la partie 1 de la figure 1, correspondant à un pôle de la machine à reluctance, - la figure 3 est un graphe représentant l'évolution de la densité de flux du champ magnétique DF en Tesla au niveau de l'entrefer de la machine à reluctance en fonction d'un angle électrique A en degrés, de 0 à 360 degrés, soit une période électrique complète, - la figure 4 est une vue schématique en coupe d'un deuxième exemple de réalisation d'un pôle du rotor de la machine à reluctance selon l'invention. En préambule, on notera que les éléments similaires des figures 2 et 4 20 sont référencés par les mêmes signes et ne sont pas décrits à chaque fois. Sur les figures 2 et 4, on a représenté une partie de la machine à reluctance 10 selon l'invention vue en coupe. La partie représentée sur les figures 2 et 4 forme un pôle de la machine à reluctance. 25 La figure 1 montre une vue en coupe de la machine à reluctance 10. Elle comporte un rotor 1 et un stator 2. Le rotor 1 est monté à rotation dans le stator 2 autour d'un axe de rotation X. En pratique, la machine à reluctance 10 présente ici une forme cylindrique. Elle est destinée à être logée dans un carter en aluminium ou en 30 fonte. Le rotor 1 présente globalement la forme d'un cylindre qui peut être creux ou plein. Il est ici creux et accueille un arbre (non représenté) qu'il met en rotation. Le rotor 1 comporte ainsi une surface latérale externe 12 et une surface latérale interne 11. Il est mobile en rotation autour d'un axe de rotation X qui correspond à son axe longitudinal. Le stator 2 se présente sous la forme d'un manchon délimité par une surface latérale externe 22 et une surface latérale interne 21. L'axe longitudinal du stator 2 coïncide avec l'axe de rotation X du rotor 1. Les dimensions internes du stator 2 sont similaires, à un jeu près, aux dimensions externes du rotor 1. L'interstice entre le rotor 1 et le stator 2 est appelé l'entrefer 30 de la machine à reluctance 10. More particularly, according to the invention, there is provided a reluctance machine as described in the introduction, in which the rotor comprises at least one cooling channel passing through it axially and means for circulating a flow of gas or liquid inside. of this channel. Other nonlimiting and advantageous features of the reluctance machine according to the invention are the following: said cooling channel is formed inside the rotor; said cooling channel is formed between the rotor and the stator; said cooling channel is delimited on the one hand by a groove formed in an outer lateral surface of the rotor and, on the other hand, by an internal lateral surface of the stator; said groove is formed in an outer lateral surface of the rotor at a location where the magnetic field created by the electromagnetic coils of the stator in the absence of said groove has an amplitude less than 10 percent of the maximum amplitude of the magnetic field; said groove is formed in an external lateral surface of the rotor at a place where the majority of the magnetic field lines created by the electromagnetic coils of the stator are blocked by magnetic field barriers; a plurality of cooling channels are provided at regular angular intervals around the axis of rotation of the rotor; in each section of the rotor in a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor, a plurality of magnetic field barriers being arranged at regular angular intervals around the axis of rotation of the rotor so as to block the magnetic field lines according to a plurality of predetermined directions, each channel straddles one of these predetermined directions; each cooling channel has a cross section in a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor of symmetrical shape with respect to a radial direction of the rotor; each cooling channel has a cross section in a plane perpendicular to the axis of rotation of the asymmetrically shaped rotor with respect to a radial direction of the rotor; each cooling channel has a longitudinal straight shape parallel to the axis of rotation of the rotor; each cooling channel has a longitudinal helical shape around the axis of rotation of the rotor adapted to circulate a flow of gas or liquid inside this cooling channel when the rotor rotates; said rotor comprises helical magnetic field barriers parallel to said cooling channels; the position of the electromagnetic coils in said stator also follows a helical evolution along the axis of rotation of the rotor, parallel to the helical evolution of the position of the cooling channels of the rotor; - The means for circulating a flow of gas or liquid inside the channel comprises means for moving a gas to circulate in said cooling channels, separate from said cooling channels; the means for moving the gas comprises a fan or a compressor. The invention also relates to a motor vehicle whose engine comprises a reluctance machine according to one of the preceding claims. DETAILED DESCRIPTION OF AN EXEMPLARY EMBODIMENT The following description with reference to the accompanying drawings, given as non-limiting examples, will make it clear what the invention consists of and how it can be achieved. In the accompanying drawings: - Figure 1 is a schematic sectional view of a first embodiment of the rotor of the reluctance machine according to the invention; - Figure 2 is an enlarged schematic view of the part 1 of the figure; 1, corresponding to a pole of the reluctance machine, FIG. 3 is a graph showing the evolution of the flux density of the magnetic field DF in Tesla at the gap of the reluctance machine as a function of a electrical angle A in degrees, from 0 to 360 degrees, ie a complete electrical period, - Figure 4 is a schematic sectional view of a second exemplary embodiment of a rotor pole of the reluctance machine according to the invention. . In the preamble, it will be noted that the similar elements of FIGS. 2 and 4 are referenced by the same signs and are not described each time. Figures 2 and 4, there is shown a portion of the reluctance machine 10 according to the invention in section. The portion shown in Figures 2 and 4 forms a pole of the reluctance machine. FIG. 1 shows a sectional view of the reluctance machine 10. It comprises a rotor 1 and a stator 2. The rotor 1 is rotatably mounted in the stator 2 about an axis of rotation X. In practice, the reluctance machine 10 here has a cylindrical shape. It is intended to be housed in an aluminum or cast iron housing. The rotor 1 generally has the shape of a cylinder which can be hollow or solid. It is hollow here and hosts a tree (not shown) that it rotates. The rotor 1 thus has an outer lateral surface 12 and an inner lateral surface 11. It is rotatable about an axis of rotation X which corresponds to its longitudinal axis. The stator 2 is in the form of a sleeve delimited by an external lateral surface 22 and an internal lateral surface 21. The longitudinal axis of the stator 2 coincides with the axis of rotation X of the rotor 1. The internal dimensions of the stator 2 are similar, within one set, to the external dimensions of the rotor 1. The gap between the rotor 1 and the stator 2 is called the air gap 30 of the reluctance machine 10.
Le rotor 1 est réalisé dans un matériau ferromagnétique, par exemple en acier magnétique. Il comporte en outre des ouvertures traversantes 13 qui s'étendent longitudinalement, sur toute la longueur du rotor 2 et sont remplies d'un matériau non ferromagnétique. Il peut s'agir par exemple d'air ou d'une résine non 15 ferromagnétique. Ces ouvertures 13 forment des barrières à champ magnétique 13, qui empêchent la propagation d'un flux magnétique. La densité de flux magnétique est une grandeur équivalente au champ magnétique. 20 On entend ici par flux magnétique un champ magnétique comptabilisé sur toute une surface. En coupe selon un plan perpendiculaire à l'axe de rotation du rotor 1, c'est-à-dire transversalement, ces barrières à champ magnétique 13 présentent ici une forme d'arc de cercle de fine épaisseur. Il est prévu huit couples de barrières 25 à champ magnétique 13 régulièrement espacées autour de l'axe X du rotor 1. Chaque couple de barrières à champ magnétique comporte deux barrières concentriques dont la concavité est orientée vers la surface latérale externe 12 du rotor 1. Ces barrières à champ magnétique s'étendent à proximité de la surface 30 latérale externe 12 du rotor 1. Cependant, la géométrie et la disposition décrite ici des barrières à champ magnétique ne constituent qu'un exemple possible de réalisation. Toutes les géométries et dispositions connues de l'Homme du métier peuvent être envisagées. Des barrières à champ magnétique dont la section transversale présente une forme trapézoïdale peuvent notamment être envisagées. Le stator 2 est réalisé dans un matériau amagnétique. Il comporte des encoches 23 ménagées dans la longueur du manchon formant le stator 2. The rotor 1 is made of a ferromagnetic material, for example magnetic steel. It further comprises through openings 13 which extend longitudinally over the entire length of the rotor 2 and are filled with a non-ferromagnetic material. It may be, for example, air or a non-ferromagnetic resin. These openings 13 form magnetic field barriers 13, which prevent the propagation of a magnetic flux. The magnetic flux density is a magnitude equivalent to the magnetic field. Magnetic flux is here understood to mean a magnetic field recorded over an entire surface. In section along a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor 1, that is to say transversely, these magnetic field barriers 13 here have a shape of a circular arc of thin thickness. There are eight pairs of magnetic field barriers 13 regularly spaced about the X axis of the rotor 1. Each pair of magnetic field barriers comprises two concentric barriers whose concavity is oriented towards the outer lateral surface 12 of the rotor 1. These magnetic field barriers extend close to the outer lateral surface 12 of the rotor 1. However, the geometry and the arrangement described here of the magnetic field barriers are only one possible example of embodiment. All the geometries and arrangements known to those skilled in the art can be envisaged. Magnetic field barriers whose cross section has a trapezoidal shape may in particular be envisaged. The stator 2 is made of a non-magnetic material. It comprises notches 23 formed in the length of the sleeve forming the stator 2.
L'intervalle entre deux encoches défini une dent 25 du stator 2 (figure 2 et 4). En coupe selon un plan perpendiculaire à l'axe de rotation du rotor 1, ces encoches 23 s'étendent selon des directions radiales. Elles accueillent les fils 24 de bobines électromagnétiques. The interval between two notches defines a tooth 25 of the stator 2 (FIGS. 2 and 4). In section along a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor 1, these notches 23 extend in radial directions. They accommodate the son 24 of electromagnetic coils.
Ces fils électriques 24 traversent le stator sur toute sa longueur de manière à former une boucle. Le passage d'un courant électrique dans les bobines crée un champ magnétique autour du stator 2. Un flux magnétique s'établit alors dans le rotor 1. These electrical son 24 pass through the stator over its entire length so as to form a loop. The passage of an electric current in the coils creates a magnetic field around the stator 2. A magnetic flux is then established in the rotor 1.
En coupe dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation du rotor 1, ce flux magnétique est libre de s'établir selon les directions radiales P1, P2 du rotor 1 le long desquels aucune barrière à champ magnétique 13 ne s'étend. En revanche, le long des directions radiales du rotor 1 qui traversent une ou plusieurs barrières à champ magnétique, le flux magnétique ne peut s'établir aussi efficacement. En particulier, à l'intersection de l'entrefer 30 et des directions radiales Q1 qui forme l'axe de symétrie de chaque couple de barrières à champ magnétique 13, le flux magnétique est quasi nul. Les directions radiales Q1 passent ici par le sommet des arcs de cercle formés par ces barrières à champ magnétique 13 vues en coupe. L'action du champ magnétique créé par les bobines du stator 2 lorsque le courant les traverse est adapté à mettre en rotation le rotor 1 autour de son axe X. De manière remarquable, le rotor 1 comporte au moins un canal de refroidissement 14 le traversant axialement et des moyens pour faire circuler un flux de gaz ou de liquide à l'intérieur de ce canal. Le gaz utilisé est de préférence de l'air ambiant. En variante, on peut également faire circuler un flux de liquide, par exemple un flux d'eau. Dans l'exemple décrit ici, on considère des moyens pour faire circuler un flux de gaz. De préférence, il est prévu une pluralité de canaux 14 disposés à intervalles angulaires réguliers autour de l'axe X du rotor 1. Chaque canal de refroidissement 14 débouche de part et d'autre sur les faces d'extrémités longitudinales du rotor 1, de manière à traverser axialement le rotor 1. De préférence, dans chaque coupe du rotor 1 selon un plan perpendiculaire à l'axe de rotation X du rotor, chaque canal de refroidissement 14 s'étend à cheval sur l'une de ces directions radiales Q1. In section in a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor 1, this magnetic flux is free to establish in the radial directions P1, P2 of the rotor 1 along which no magnetic field barrier 13 extends. On the other hand, along the radial directions of the rotor 1 which pass through one or more magnetic field barriers, the magnetic flux can not be established as efficiently. In particular, at the intersection of the gap 30 and radial directions Q1 which forms the axis of symmetry of each pair of magnetic field barriers 13, the magnetic flux is almost zero. The radial directions Q1 pass here through the top of the arcs formed by these magnetic field barriers 13 sectional views. The action of the magnetic field created by the coils of the stator 2 when the current passes through them is adapted to rotate the rotor 1 about its axis X. Remarkably, the rotor 1 comprises at least one cooling channel 14 therethrough axially and means for circulating a flow of gas or liquid within this channel. The gas used is preferably ambient air. Alternatively, it is also possible to circulate a liquid flow, for example a stream of water. In the example described here, means are considered for circulating a gas flow. Preferably, there is provided a plurality of channels 14 arranged at regular angular intervals around the axis X of the rotor 1. Each cooling channel 14 opens on either side on the longitudinal end faces of the rotor 1, so as to axially pass through the rotor 1. Preferably, in each section of the rotor 1 in a plane perpendicular to the axis of rotation X of the rotor, each cooling channel 14 straddles one of these radial directions Q1 .
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, dont deux exemples de mise en oeuvre sont représentés figures 1, 2 et 4, chaque canal de refroidissement 14 est ménagé entre le rotor et le stator. Ceci permet avantageusement de refroidir la surface latérale externe du rotor 1 et la surface latérale interne du stator 2. According to a preferred embodiment of the invention, two exemplary embodiments of which are shown in FIGS. 1, 2 and 4, each cooling channel 14 is formed between the rotor and the stator. This advantageously makes it possible to cool the external lateral surface of the rotor 1 and the internal lateral surface of the stator 2.
Le canal de refroidissement 14 est alors de préférence délimité d'une part par une rainure 14A, 14C ménagée dans la surface latérale externe 12 du rotor 1 et d'autre part par la surface latérale interne 21 du stator 2. Plus précisément, le canal de refroidissement 14 est délimité d'un côté par la surface latérale interne 21 du stator 2, le long d'une dent 25 de ce stator 2. Il 20 est ainsi par exemple ouvert le long d'un arc de cercle équivalent à une dent 25 du stator 2. Ladite rainure 14A, 14C débouche sur la surface latérale externe 12 du rotor 1 et sur les faces d'extrémités longitudinales de ce rotor 1. Elle est de préférence ménagée à un endroit de la surface latérale 25 externe 12 du rotor 1 où le champ magnétique créé par les bobines électromagnétiques du stator 2 en l'absence de la rainure présente une amplitude inférieure à 25 pour cent de l'amplitude maximale du champ magnétique et de préférence inférieure à 10 pour cent. Ceci est représenté sur la figure 3. Cette figure montre en traits pleins 30 (courbe C2) l'évolution de la densité de flux magnétique en Tesla dans la machine à reluctance 10 selon l'invention, au niveau de l'entrefer 30 de cette machine, en fonction de l'angle électrique A en degrés. L'angle électrique est égal à l'angle mécanique décrivant la position le long de la circonférence de la machine, multiplié par le nombre de paires de pôles de cette machine. The cooling channel 14 is then preferably delimited on the one hand by a groove 14A, 14C formed in the outer lateral surface 12 of the rotor 1 and on the other hand by the internal lateral surface 21 of the stator 2. More precisely, the channel 14 is defined on one side by the internal lateral surface 21 of the stator 2, along a tooth 25 of this stator 2. It is thus for example open along a circular arc equivalent to a tooth 25 of the stator 2. Said groove 14A, 14C opens on the outer lateral surface 12 of the rotor 1 and on the longitudinal end faces of this rotor 1. It is preferably arranged at a location on the outer lateral surface 12 of the rotor 1 where the magnetic field created by the electromagnetic coils of the stator 2 in the absence of the groove has an amplitude less than 25 percent of the maximum amplitude of the magnetic field and preferably less than 10 percent. This figure shows in solid lines (curve C2) the evolution of the magnetic flux density in Tesla in the reluctance machine 10 according to the invention, at the air gap 30 of this invention. machine, according to the electric angle A in degrees. The electrical angle is equal to the mechanical angle describing the position along the circumference of the machine, multiplied by the number of pole pairs of this machine.
En trait pointillé (courbe C1), la figure 3 montre l'évolution de la densité de flux magnétique en Tesla dans une machine à reluctance en l'absence des canaux de refroidissement 14. Ces courbes sont ici représentées pour deux pôles adjacents de la machine à reluctance 10. Sur la figure 3, l'effet de la rainure 14A, 14C sur le flux du champ magnétique est visible entre 80 et 100 degrés d'angle électrique. La perte de flux magnétique correspondante correspond à 3,6 pour cent. Cette perte de flux correspond à l'aire entre les courbes C4 et C2 de la figure 3. De manière générale, ladite rainure 14A, 14C est ménagée à un endroit où la majeure partie des lignes de champ magnétique créées par les bobines électromagnétiques du stator 2 est bloquée par les barrières à champ magnétique 13 du rotor 1, en l'absence de la rainure 14A, 14C. Elles sont positionnées par exemple à un endroit où moins de 10 pour cent et de préférence moins de 5 pour cent des lignes de champ magnétique créées par les bobines électromagnétiques du stator 2 rebouclent. Avantageusement, la perturbation du champ magnétique par lesdites rainures est alors minimale. Selon un premier exemple de mise en oeuvre du premier mode de réalisation, représenté sur les figures 1 et 2, la rainure 14A présente une section transversale en forme d'arc de cercle symétrique par rapport à la direction Q1. En coupe dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation du rotor 1, la paroi délimitant cette rainure 14A forme alors un arc de cercle concentrique avec les arcs de cercle des barrières à champ magnétique 13 du rotor 1. In dotted line (curve C1), FIG. 3 shows the evolution of the magnetic flux density in Tesla in a reluctance machine in the absence of the cooling channels 14. These curves are represented here for two adjacent poles of the machine. In Figure 3, the effect of the groove 14A, 14C on the flux of the magnetic field is visible between 80 and 100 degrees of electric angle. The corresponding magnetic flux loss is 3.6 percent. This loss of flux corresponds to the area between the curves C4 and C2 of FIG. 3. Generally, said groove 14A, 14C is formed at a place where the majority of the magnetic field lines created by the electromagnetic coils of the stator 2 is blocked by the magnetic field barriers 13 of the rotor 1, in the absence of the groove 14A, 14C. They are positioned for example at a location where less than 10 percent and preferably less than 5 percent of the magnetic field lines created by the electromagnetic coils of the stator 2 loop back. Advantageously, the disturbance of the magnetic field by said grooves is then minimal. According to a first example of implementation of the first embodiment, shown in Figures 1 and 2, the groove 14A has a cross section in the shape of a circular arc symmetrical with respect to the direction Q1. In section in a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor 1, the wall delimiting this groove 14A then forms a circular arc concentric with the circular arcs of the magnetic field barriers 13 of the rotor 1.
La rainure 14A peut alors être simplement obtenue à partir d'un rotor comportant trois barrières à champ magnétique concentriques similaires à celles décrites ici, en enlevant le matériau formant le rotor 1 entre la surface latérale externe 12 du rotor 1 et la paroi de la barrière à champ magnétique la plus proche de cette surface latérale externe 12. The groove 14A can then simply be obtained from a rotor comprising three concentric magnetic field barriers similar to those described herein, by removing the material forming the rotor 1 between the outer lateral surface 12 of the rotor 1 and the wall of the barrier. with the magnetic field closest to this external lateral surface 12.
Selon un deuxième exemple de mise en oeuvre du premier mode de réalisation, représenté sur la figure 4, la rainure 14C présente une section transversale de forme asymétrique par rapport à la direction Q1. Ce deuxième exemple de mise en oeuvre ne diffère du premier exemple de la figure 2 que par la forme de cette rainure. According to a second example of implementation of the first embodiment, shown in Figure 4, the groove 14C has a cross section of asymmetric shape with respect to the direction Q1. This second example of implementation differs from the first example of Figure 2 only by the shape of this groove.
En coupe dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation du rotor 1, la rainure 14C s'étend ici de part et d'autre du plan radial Q1 et présente une forme courbe plus allongée d'un côté de ce plan radial Q1 que de l'autre. L'une des arêtes B1 entre la rainure 14C et la surface latérale externe 12 du rotor 1 est arrondie, tandis que l'autre arête B2 entre la rainure 14C et la surface latérale externe 12 du rotor 1 est aigüe. Cette forme de la section transversale de la rainure 14C favorise la formation d'un flux de gaz turbulent dans le canal 14 correspondant, de manière à augmenter l'efficacité de l'échange thermique convectif entre la machine à reluctance 10 et le gaz circulant dans le canal 14. De manière générale, on détermine la forme de la rainure de manière à créer un flux d'air turbulent dans le canal de refroidissement correspondant sur une large plage de vitesse de rotation du rotor 1. D'autres formes peuvent être envisagées pour la section transversale de la rainure selon un plan de coupe perpendiculaire à l'axe de rotation : notamment une forme semi-elliptique qui permet de créer un flux d'air sur une plus grande surface du stator ou une forme trapézoïdale avec des arêtes aiguës ou arrondies qui permet notamment de suivre la forme des barrières à champ magnétique lorsque celles-ci sont trapézoïdales. In section in a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor 1, the groove 14C extends here on either side of the radial plane Q1 and has a more elongated curved shape on one side of this radial plane Q1 that the other. One of the ridges B1 between the groove 14C and the outer lateral surface 12 of the rotor 1 is rounded, while the other edge B2 between the groove 14C and the outer lateral surface 12 of the rotor 1 is acute. This shape of the cross section of the groove 14C promotes the formation of a turbulent gas flow in the corresponding channel 14, so as to increase the efficiency of the convective heat exchange between the reluctance machine 10 and the gas flowing in the channel 14. In general, the shape of the groove is determined so as to create a turbulent air flow in the corresponding cooling channel over a wide range of rotation speed of the rotor 1. Other forms may be envisaged for the cross-section of the groove according to a sectional plane perpendicular to the axis of rotation: in particular a semi-elliptical shape which makes it possible to create a flow of air over a larger surface of the stator or a trapezoidal shape with sharp edges or rounded which allows in particular to follow the shape of the magnetic field barriers when they are trapezoidal.
Selon un autre mode de réalisation possible de l'invention (non représenté), lesdits canaux de refroidissement sont ménagés à l'intérieur du rotor. Il s'agit alors de canaux de refroidissement creusés dans le rotor le long de celui-ci. Avantageusement, les barrières à champ magnétique remplies d'air peuvent constituer de tels canaux de refroidissement. Il est alors possible de refroidir le rotor en profondeur. Il est également possible de prévoir des canaux de refroidissement dans le rotor distincts des barrières à champ magnétique. Ces canaux sont alors creusés aux endroits où le flux magnétique dans le stator est le plus faible, selon 30 les critères énoncés précédemment dans le cas des rainures. Comme dans le cas des rainures dans le premier mode de réalisation, chaque canal de refroidissement peut alors présenter une section transversale dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation du rotor de forme symétrique ou asymétrique par rapport à une direction radiale du rotor. According to another possible embodiment of the invention (not shown), said cooling channels are formed inside the rotor. It is then cooling channels dug in the rotor along it. Advantageously, magnetic field barriers filled with air may constitute such cooling channels. It is then possible to cool the rotor deeply. It is also possible to provide cooling channels in the rotor separate magnetic field barriers. These channels are then dug at the places where the magnetic flux in the stator is the lowest, according to the criteria previously stated in the case of grooves. As in the case of the grooves in the first embodiment, each cooling channel can then have a cross section in a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor of symmetrical or asymmetrical shape with respect to a radial direction of the rotor.
Quel que soit le mode de réalisation de l'invention envisagé, de préférence, les canaux de refroidissement présentent longitudinalement une forme droite et s'étendent parallèlement à l'axe de rotation X du rotor 1. Les barrières à champ magnétique 13 présentent alors également une forme droite le long de l'axe de rotation X dur rotor 1, et s'étendent alors parallèlement à l'axe de rotation X du rotor 1. Les encoches 23 du stator 2 s'étendent également parallèlement à l'axe longitudinal du stator, avec une forme droite selon la direction longitudinale du stator. Whatever the embodiment of the invention envisaged, preferably, the cooling channels have a longitudinally straight shape and extend parallel to the axis of rotation X of the rotor 1. The magnetic field barriers 13 also present a straight shape along the axis of rotation X hard rotor 1, and then extend parallel to the axis of rotation X of the rotor 1. The notches 23 of the stator 2 also extend parallel to the longitudinal axis of the stator, with a straight shape in the longitudinal direction of the stator.
Les directions radiales Q1 qui forment les axes de symétrie des couples de barrière à champ magnétique 13 forment alors selon la direction de l'axe de rotation X du rotor des plans radiaux passant par l'axe de rotation du rotor. Le long des intersections de ces plans radiaux et de l'entrefer 30 de la machine à reluctance 10, le flux magnétique est quasi nul. The radial directions Q1 which form the axes of symmetry of the magnetic field barrier torques 13 then form, in the direction of the axis of rotation X of the rotor, radial planes passing through the axis of rotation of the rotor. Along the intersections of these radial planes and the gap 30 of the reluctance machine 10, the magnetic flux is almost zero.
Chaque canal de refroidissement 14 s'étend alors à cheval sur l'un de ces plans radiaux. Les moyens pour faire circuler un flux de gaz à l'intérieur du canal de refroidissement comportent alors un moyen de mise en mouvement du gaz pour le faire circuler dans lesdits canaux de refroidissement distinct desdits canaux de 20 refroidissement. Ce moyen de mise en mouvement du gaz comporte par exemple un ventilateur ou un compresseur. Le ventilateur peut être monté sur l'arbre du rotor 1 ou être entraîné par un moteur indépendant de la machine à reluctance 10. 25 Dans le cas où la machine à reluctance est utilisée dans un véhicule automobile ou tout autre moyen de transport, ce moyen de mise en mouvement de l'air peut également être constitué par une prise d'air sous capot. Quel que soit le mode de réalisation envisagé, on peut également prévoir que chaque canal de refroidissement présente une forme longitudinale hélicoïdale 30 autour de l'axe de rotation du rotor adaptée à faire circuler un flux de gaz à l'intérieur de ce canal de refroidissement lorsque le rotor tourne. Les barrières à champ magnétique du rotor présentent alors une forme hélicoïdale et s'étendent parallèlement auxdits canaux de refroidissement. La position des bobines électromagnétiques dans ledit stator suit alors également, de préférence, une évolution hélicoïdale le long de l'axe de rotation du rotor, parallèle à l'évolution hélicoïdale de la position des canaux du rotor. En pratique, chaque encoche 23 s'étend également parallèlement aux canaux de refroidissement. Each cooling channel 14 then straddles one of these radial planes. The means for circulating a flow of gas within the cooling channel then comprises means for moving the gas to circulate in said cooling channels separate from said cooling channels. This means for moving the gas comprises, for example, a fan or a compressor. The fan may be mounted on the rotor shaft 1 or be driven by a motor independent of the reluctance machine 10. In the case where the reluctance machine is used in a motor vehicle or any other means of transport, this means air movement can also be constituted by an air intake hood. Whatever the embodiment envisaged, provision may also be made for each cooling channel to have a longitudinal helical shape around the axis of rotation of the rotor adapted to circulate a flow of gas inside this cooling channel. when the rotor rotates. The magnetic field barriers of the rotor then have a helical shape and extend parallel to said cooling channels. The position of the electromagnetic coils in said stator then also follows, preferably, a helical evolution along the axis of rotation of the rotor, parallel to the helical evolution of the position of the rotor channels. In practice, each notch 23 also extends parallel to the cooling channels.
Chaque coupe du rotor et du stator selon un plan perpendiculaire à l'axe de rotation est alors tout à fait similaire à la coupe représentée sur les figures 1, 2 et 4, mais des coupes effectuées à différentes hauteurs le long de l'axe de rotation montrent des décalages angulaires les unes par rapport aux autres. En pratique, la structure interne du rotor et du stator est obtenue par 10 assemblage de plaques élémentaires de fine épaisseur correspondant à une tranche du rotor ou du stator découpée selon deux plans perpendiculaires à l'axe de rotation du rotor. Chaque plaque élémentaire présente une épaisseur comprise en 0,2 millimètres et 1 centimètre, de préférence comprise entre 0,35 et 0,5 millimètres.Each section of the rotor and the stator in a plane perpendicular to the axis of rotation is then quite similar to the section shown in FIGS. 1, 2 and 4, but sections are made at different heights along the axis of rotation. rotation show angular offsets relative to each other. In practice, the internal structure of the rotor and the stator is obtained by assembling elementary plates of fine thickness corresponding to a slice of the rotor or the stator cut in two planes perpendicular to the axis of rotation of the rotor. Each elementary plate has a thickness of 0.2 millimeters and 1 centimeter, preferably between 0.35 and 0.5 millimeters.
15 Toutes ces plaques élémentaires sont identiques et comportent un ensemble d'orifices correspondant à une partie de chaque canal de refroidissement du rotor, de chaque barrière à champ magnétique du rotor et de chaque encoche du stator. Elles sont ensuite assemblées, par exemple par soudage ou grâce à un 20 vernis thermodurcissable. Dans le cas où les canaux de refroidissement, les barrières à champ magnétique du rotor et les encoches du stator sont droits et s'étendent parallèlement à l'axe de rotation du rotor, toutes les tranches sont assemblées les unes aux autres de manière à faire coïncider parfaitement les orifices des 25 tranches. Dans le cas où les canaux de refroidissement sont hélicoïdaux, les structures internes du rotor et du stator sont vrillées : chaque tranche est assemblée avec la précédente de manière à présenter un décalage angulaire par rapport à celle-ci.All of these elementary plates are identical and have a set of orifices corresponding to a portion of each rotor cooling channel, each magnetic field barrier of the rotor and each stator slot. They are then assembled, for example by welding or with a thermosetting varnish. In the case where the cooling channels, the magnetic field barriers of the rotor and the stator slots are straight and extend parallel to the axis of rotation of the rotor, all the slices are assembled to each other so as to make to perfectly coincide the orifices of the slices. In the case where the cooling channels are helical, the internal structures of the rotor and the stator are twisted: each slice is assembled with the previous one so as to have an angular offset with respect thereto.
30 Le décalage angulaire total entre la première et la dernière tranche est de préférence compris entre 5 et 30 degrés d'angle, par exemple égal à 15 degrés. La forme hélicoïdale des canaux de refroidissement est adaptée à entraîner une mise en mouvement de l'air adjacent à la machine à reluctance et à créer une circulation de gaz dans les canaux de refroidissement, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser un moyen pour faire circuler le gaz distinct des canaux de refroidissement eux-mêmes. Les moyens pour faire circuler un flux de gaz à l'intérieur des canaux sont alors constitués par l'agencement particulier des canaux de refroidissement. Le flux de gaz traversant le rotor permet de refroidir la machine à reluctance par des échanges thermiques convectifs entre la machine et le gaz. En variante, on peut également utiliser un stator présentant des encoches droites, parallèles à son axe longitudinal, avec un rotor dont les 10 barrières à champ magnétique et les canaux de refroidissement sont hélicoïdaux. Les deux modes de réalisations décrits ici peuvent être mis en oeuvre simultanément en ménageant à la fois des canaux de refroidissement entre le stator et le rotor et à l'intérieur du rotor. On peut par exemple envisager de ménager des rainures dans la surface latérale externe du rotor et de remplir les 15 barrières à champ magnétique d'air de manière à former des canaux de refroidissement. Le flux d'air créé dans les rainures peut en outre provenir d'un volume différent du volume dont provient le flux d'air créé dans les canaux de refroidissement ménagés à l'intérieur du rotor.The total angular offset between the first and the last slice is preferably between 5 and 30 degrees of angle, for example equal to 15 degrees. The helical shape of the cooling ducts is adapted to cause the air adjacent to the reluctance machine to move and to create a flow of gas in the cooling ducts, without the need for a means for circulate the separate gas from the cooling channels themselves. The means for circulating a flow of gas inside the channels are then constituted by the particular arrangement of the cooling channels. The flow of gas passing through the rotor makes it possible to cool the reluctance machine by convective thermal exchanges between the machine and the gas. Alternatively, it is also possible to use a stator with straight notches, parallel to its longitudinal axis, with a rotor whose magnetic field barriers and cooling channels are helical. The two embodiments described here can be implemented simultaneously by providing both cooling channels between the stator and the rotor and inside the rotor. For example, it may be possible to provide grooves in the outer side surface of the rotor and to fill the magnetic field barriers with air so as to form cooling channels. The air flow created in the grooves may also come from a volume different from the volume from which the air flow created in the cooling ducts formed inside the rotor originates.
20 L'invention concerne en outre un véhicule automobile dont le moteur comporte une machine à reluctance telle que décrite précédemment. The invention further relates to a motor vehicle whose engine comprises a reluctance machine as described above.
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