FR3029026A1

FR3029026A1 - Machine electrique presentant des dents helicoidales pour application dans un vehicule automobile

Info

Publication number: FR3029026A1
Application number: FR1461262A
Authority: FR
Inventors: Abdou Salembere; Yacine Ayad; Samir Guerbaoui; Olivier Dixneuf
Original assignee: Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Current assignee: Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Priority date: 2014-11-20
Filing date: 2014-11-20
Publication date: 2016-05-27
Anticipated expiration: 2034-11-20
Also published as: FR3029026B1; EP3221948A2; WO2016079448A3; WO2016079448A2

Abstract

L'invention concerne une machine électrique (10) pour application dans un véhicule automobile, notamment pour compresseur électrique de suralimentation, comprenant un rotor (12) et un stator (14), le rotor (12) et le stator (14) présentant des dents radiales (16 ; 18), les dents (16 ; 18) d'au moins l'un parmi le rotor (12) et le stator (14) s'étendant en forme d'hélice le long du rotor (12) ou du stator (14). L'invention se rapporte également à un compresseur électrique de suralimentation pour véhicule automobile, comportant une roue de compression et un telle machine électrique (10), pour entraîner la roue de compression en rotation.

Description

MACHINE ÉLECTRIQUE PRÉSENTANT DES DENTS HÉLICOÏDALES POUR APPLICATION DANS UN VÉHICULE AUTOMOBILE La présente invention concerne une machine électrique, et par exemple un moteur électrique à reluctance variable pour application dans un véhicule automobile, notamment pour un compresseur électrique de suralimentation. L'invention se rapporte également à un compresseur électrique de suralimentation pour véhicule automobile, comportant un tel moteur électrique à reluctance variable. Il est connu de mettre en oeuvre un compresseur électrique de suralimentation (en anglais « electric supercharger ») dans un circuit d'alimentation en air d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile.

Un tel compresseur électrique de suralimentation est classiquement mis en oeuvre dans la ligne d'admission d'air d'un moteur à combustion thermique d'un véhicule automobile, en amont ou en aval d'un turbocompresseur. En variante, ou au surplus comme décrit dans la demande FR-A-2 991 725 au nom de la Demanderesse, un tel compresseur peut être mis en oeuvre sur une ligne de recirculation des gaz d'échappement du moteur à combustion interne. Le compresseur de suralimentation électrique comporte de manière classique une roue destinée à comprimer l'air entrant dans le compresseur et une machine électrique, et par exemple un moteur électrique à reluctance variable, pour entraîner la roue en rotation. À la différence des turbocompresseurs, entrainés par les gaz d'échappement, le compresseur électrique de suralimentation, fonctionnant avec une machine électrique, a un temps de réponse très court. Ceci permet de renforcer le couple du moteur à combustion interne à bas régime, de compenser le temps de réponse du turbocompresseur et améliore les 3029026 2 accélérations du véhicule automobile sur lequel est monté le moteur à combustion interne muni du compresseur électrique de suralimentation. Cependant, la machine électrique, et par exemple le moteur à reluctance variable, mise en oeuvre dans un tel compresseur électrique de 5 suralimentation est soumise à des vibrations de grandes amplitudes du fait des variations de flux et de forces électromagnétiques, qui nuisent au confort du conducteur du véhicule automobile. En outre, notamment du fait du régime auquel est utilisée une telle machine électrique, un tel compresseur est bruyant.

10 Le but de la présente invention est de proposer une machine électrique, et par exemple un moteur électrique à reluctance variable, perfectionnée pour application automobile, notamment pour compresseur électrique de suralimentation, ne présentant pas au moins certains des inconvénients susmentionnés.

15 À cette fin, l'invention propose une machine électrique, et notamment un moteur électrique à reluctance variable, pour application dans un véhicule automobile, notamment pour compresseur électrique de suralimentation, comprenant un rotor et un stator, le rotor et le stator présentant des dents radiales, les dents d'au moins l'un parmi le rotor et le stator s'étendant en 20 forme d'hélice le long du rotor ou du stator. Ainsi, selon l'invention, on évite une variation trop brusque de flux magnétique entre les dents rotoriques et statoriques au moment où les dents rotoriques s'alignent en vis-à-vis des dents rotoriques. En effet, au moins certaines de ces dents s'étendant en forme d'hélice, ces dents ne se 25 retrouvent pas alignées instantanément et simultanément sur toute leur longueur. En évitant ou tout du moins en limitant ces variations brusques de flux magnétique entre les dents, on limite le bruit émis par la machine électrique. Selon différents modes de réalisation, qui pourront être pris ensemble 30 ou séparément : 3029026 3 - les dents s'étendant en forme d'hélice forment, en vue développée, un angle supérieur à 0°, de préférence supérieur à 10° et/ou inférieur à 30°, de préférence inférieur à 20°, et de manière très préférée inférieur à 15° avec la direction longitudinale 5 du rotor ou du stator ; - au moins une dent du rotor ou du stator présente une cavité ; - la ou les cavités débouchent sur chacune des faces d'extrémité du rotor ou du stator, respectivement ; - la ou les cavités s'étendent en forme d'hélice par rapport à la 10 direction longitudinale du rotor ou du stator, dans les dents s'étendant en forme d'hélice ; - les dents du rotor et/ou du stator présentent un chanfrein ; - le chanfrein forme un angle supérieur à 0°, de préférence supérieur à 3°, et/ou inférieur à 10°, de préférence encore inférieur 15 à 7° ; et - les dents présentent, en section transversale, des angles arrondis au niveau de leur sommet. Selon un autre aspect, l'invention se rapporte à un compresseur électrique de suralimentation pour véhicule automobile, comportant une roue 20 de compression et une machine électrique tel que décrit ci-avant dans toutes ses combinaisons, pour entraîner la roue de compression en rotation. Les figures annexées feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Parmi celles-ci : - La figure 1 représente schématiquement en coupe transversale 25 une machine électrique d'un compresseur de suralimentation pour véhicule automobile. ; - La figure 2 représente schématiquement une vue en perspective du rotor de la machine de la figure 1 ; et - La figure 3 représente schématiquement en coupe transversale un 30 détail d'une dent du rotor entre deux dents du stator de la machine électrique de la figure 1.

3029026 4 Comme illustré à la figure 1, une machine électrique, et par exemple un moteur à reluctance variable, 10 comprend essentiellement un rotor 12 et un stator 14. Le rotor 12 est ici monté radialement à l'intérieur du stator 14. Le rotor 12 et le stator 14 sont en matériau métallique. Ils ne sont pas alimentés 5 électriquement. Notamment, le stator ne comprend pas ici de bobinage orienté selon la direction longitudinale de la machine 10. Le rotor 12 présente des dents 16 (ci-après dents rotoriques 16) radiales, orientées radialement vers l'extérieur, ici au nombre de quatre. Les dents rotoriques 16 sont équiréparties angulairement. Le stator 14 présente quant à lui des dents 18 10 (ci-après dents statoriques 18) également radiales, orientées dans le sens opposé aux dents 16 du rotor 12. Classiquement les dents statoriques 18 sont plus nombreuses que les dents rotoriques 16. En l'espèce, le stator 14 présente six dents statoriques 18. Les dents statoriques 18 sont équiréparties angulairement. Chacune des dents statoriques 18 est entourée par un 15 bobinage 20 ou bobinage de phase. Lorsque deux bobinages 20 opposés (ou symétriques) sont alimentés électriquement, ils forment des électroaimants et provoquent la rotation du rotor 12 pour aligner les dents rotoriques 16 avec les dents statoriques 18 entourées par les bobinages 20 alimentés électriquement. En commandant successivement l'alimentation des couples 20 de bobinages 20 opposés, on entraine en rotation le rotor 12, le couple étant produit par la tendance du rotor à se positionner de façon que la réluctance entre une dent statorique et une dent rotorique soit minimum, c'est-à-dire que l'entrefer entre ces dents rotoriques et statoriques soit minimal. Cependant, ici, comme cela est plus particulièrement visible sur la 25 figure 2, les dents rotoriques 16 s'étendent en forme d'hélice le long du rotor 12. Les dents statoriques 18 s'étendent par exemple selon une direction parallèle à l'axe de rotation du rotor 12. Ainsi, les dents rotoriques 16 ne se retrouvent pas alignées avec les dents statoriques 18 instantanément et simultanément sur toute leur longueur.

30 Au contraire, l'alignement des dents rotoriques 16 avec les dents statoriques 18 se fait progressivement selon la direction longitudinale du rotor 12. Ceci 3029026 5 permet d'éviter ou tout du moins de limiter une variation trop brusque du flux magnétique entre les dents rotoriques 16 et statoriques 18, et, ainsi, de limiter le bruit émis par la machine électrique 10. Les dents rotoriques 16 forment ici, en vue développée, un angle 5 supérieur à 1°, de préférence supérieur à 10°, et/ou inférieur à 30°, de préférence inférieur à 20°, avec la direction longitudinale du rotor ou du stator. Par « vue développée », on entend une représentation plane du rotor 12 observé en tournant autour de ce rotor 12, à une distance constante de l'axe de rotation du rotor 12, supérieure au rayon du rotor 12. Dans cette vue 10 développée du rotor, les dents rotoriques 16 s'étendent sensiblement selon des parallélogrammes, dont les côtés parallèles forment un angle non nul avec l'axe de rotation du rotor 12. Il est à noter ici que l'angle formé par les dents rotoriques 16 avec l'axe de rotation est limité, ceci afin d'éviter notamment, qu'une dent rotorique puisse se trouver en vis-à-vis de deux 15 dents statoriques 18 distinctes. Par ailleurs, comme illustré à la figure 3 les dents rotoriques 16 et statoriques 18 présentent, en section transversale, des chanfreins 37, 38, respectivement. En d'autres termes, le profil des dents rotoriques 16 et statoriques 18 présentent ici une partie de base avec deux côtés parallèles, 20 en section transversale, reliée au sommet les dents rotoriques 16 et statoriques 18, respectivement, par des surfaces inclinées par rapport aux deux côtés parallèles de la partie de base. L'angle d'inclinaison de ces surfaces (ou angle de chanfrein) peut notamment être supérieur à 1 °, de préférence encore supérieure à 3°, et inférieur à 10°, de préférence encore 25 inférieur à 7°. Ces chanfreins 37, 38 permettent également d'éviter une variation trop brusque du flux magnétique entre les dents rotoriques 16 et statoriques 18, quand ces dents s'alignent en vis-à-vis. Ceci contribue à limiter le bruit émis par la machine électrique 10. En variante, de tels chanfreins peuvent être prévus uniquement sur le rotor 12 ou uniquement sur 30 le stator 14. Un chanfrein peut également n'être prévu que sur un côté de 3029026 6 chaque dent, notamment sur le « bord d'attaque » c'est-à-dire le côté frontal de la dent dans le sens de rotation du rotor 12. En variante ou au surplus, toujours pour éviter une variation trop brusque du flux magnétique entre les dents, celles-ci peuvent présenter, en 5 section transversale, des angles arrondis au niveau de leurs sommets. Là encore, en variante, seules les dents du rotor ou du stator peuvent présenter de tels angles arrondis. Selon une autre variante également, seul l'un des deux angles au niveau des arêtes au sommet des dents peut être arrondi. Par ailleurs, comme illustré sur les figures, le rotor 12 et le stator 14 10 présentent des cavités 32, 34, 36, respectivement. Ces cavités 32, 34, 36 permettent de réduire la rigidité du rotor 12 et/ou du stator 14, ce qui permet de limiter le bruit émis par le moteur à reluctance variable et/ou d'abaisser les fréquences d'émission de ces bruits. Par facilité de fabrication et pour limiter l'influence des cavités 32, 34 sur le couple exercé sur le rotor 12, celles-ci 15 sont réalisées dans les dents rotoriques 16 et statoriques 18, respectivement, et ne débouchent qu'au niveau des deux faces d'extrémité du rotor 12 et du stator 14. De manière remarquable, les cavités 32 dans les dents rotoriques 16 s'étendent sensiblement parallèlement aux arêtes des dents rotoriques 16, ceci afin d'éviter de créer un déséquilibre dans les dents rotoriques 16.

20 Les cavités 36 sur la surface radialement externe du stator s'étendent sensiblement selon la direction longitudinale de la machine électrique 10. Ces cavités 36 débouchent au niveau des deux faces d'extrémité du stator 14 et sur sa surface radialement externe. Une machine électrique, et par exemple un moteur électrique à 25 reluctance variable 10 tel qu'il vient d'être décrit peut être mis en oeuvre dans de nombreuses applications dans un véhicule automobile. Notamment, il peut être mis en oeuvre pour un système de moteur de traction. Selon une application particulièrement intéressante cependant, le moteur électrique à reluctance variable tel qu'il vient d'être décrit peut être mis 30 en oeuvre dans un compresseur électrique de suralimentation pour véhicule 3029026 7 automobile, comportant une roue de compression entraînée en rotation par la rotation du rotor de la machine électrique. L'invention ne se limite pas au seul exemple de réalisation décrit ci-avant en regard des figures, à titre d'exemple illustratif et non limitatif.

5 Notamment, le stator 14 peut être reçu dans un boîtier de la machine en laissant des espaces vides (ou jeux) entre le stator 14 et le boîtier, les espaces vides s'étendant essentiellement selon une direction longitudinale de la machine. Le stator et le boîtier de la machine définissent alors de préférence des zones de contact linéiques. Ces espaces vides entre le stator 10 et le boîtier de la machine permettent de limiter le bruit rayonné par la machine. Par exemple, le stator 14 peut présenter une section transversale de forme générale polygonale, présentant le cas échéant une ou plusieurs découpes formées par la ou les cavités 28 débouchant sur la surface 15 radialement externe du stator 14 et, de préférence, des angles arrondis destinés à être en contact avec le boîtier de la machine, lequel boîtier de la machine est de préférence de forme générale circulaire, en section transversale. Enfin, ici, seul le rotor 12 présente des dents s'étendant en forme 20 d'hélice. En variante cependant, le stator, seul, ou le rotor et le stator peut présenter des dents s'étendant en forme d'hélice. Dans le cas où les dents rotoriques et les dents statoriques s'étendent en forme d'hélice, ces dents forment en vue développée des angles différents avec l'axe de rotation du rotor pour assurer un alignement progressif des dents rotoriques en vis-à-vis 25 des dents statoriques.

Claims

REVENDICATIONS1. Machine électrique (10) pour application dans un véhicule automobile, notamment pour compresseur électrique de suralimentation, comprenant un rotor (12) et un stator (14), le rotor (12) et le stator (14) présentant des dents radiales (16 ; 18), les dents (16 ; 18) d'au moins l'un parmi le rotor (12) et le stator (14) s'étendant en forme d'hélice le long du rotor (12) ou du stator (14).
2. Machine électrique (10) selon la revendication 1, dans lequel les dents s'étendant en forme d'hélice forment, en vue développée, un angle supérieur à 0°, de préférence supérieur à 10°, avec la direction longitudinale du rotor (12) ou du stator (14).
3. Machine électrique (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les dents s'étendant en forme d'hélice forment, en vue développée, un angle inférieur à 30°, de préférence inférieur à 20°, avec la direction longitudinale du rotor (12) ou du stator (14).
4. Machine électrique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel au moins une dent (16 ; 18) du rotor (12) ou du stator (14) présente une cavité.
5. Machine électrique (10) selon la revendication 4, dans lequel la ou les cavités débouchent sur chacune des faces d'extrémité du rotor (12) ou du stator (14), respectivement.
6. Machine électrique (10) selon la revendication 4 ou 5, dans lequel la ou les cavités s'étendent en forme d'hélice par rapport à la direction longitudinale du rotor (12) ou du stator (14), dans les dents (16) s'étendant en forme d'hélice. 3029026 9
7. Machine électrique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les dents (16 ; 18) du rotor (12) et/ou du stator (14) présentent au moins un chanfrein. 5
8. Machine électrique (10) selon la revendication 7, dans lequel le chanfrein forme un angle supérieur à 0°, de préférence supérieur à 3° et/ou inférieur à 10°, de préférence inférieur à 7°. 10
9. Machine électrique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les dents (16, 18) présentent, en section transversale, des angles arrondis au niveau de leur sommet.
10. Compresseur de suralimentation électrique pour véhicule 15 automobile, comportant une roue de compression et une machine électrique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, pour entraîner la roue de compression en rotation.