FR3029710A1 - Machine electrique comportant des moyens de reduction du bruit - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne une machine électrique 1 comportant des moyens de réduction du bruit configurés pour obtenir une fréquence de résonnance de la machine électrique située dans une plage de fréquence de résonnance ne concordant pas avec la plage de fréquence des harmoniques de la machine électrique, et plsu précisément entre 1500HZ et 2500Hz.

Description

1 MACHINE ELECTRIQUE COMPORTANT DES MOYENS DE REDUCTION DU BRUIT La présente invention se rapporte au domaine des machines électriques, et se rapporte plus particulièrement aux machines électriques comportant au moins un stator.
Une machine électrique est une machine, également appelée moteur, qui comporte au moins un stator. Le stator comporte des dents formant les bobines. L'alimentation de chacune des bobines permet la création d'un champ magnétique dans le stator, un rotor s'orientant suivant les lignes de champ. Dans le domaine de l'automobile, ces machines électriques sont par exemple utilisées dans des systèmes électriques tels que des compresseurs électriques suralimentés. Par exemple, ces machines sont utilisées sur le circuit d'admission pour améliorer le rendement du véhicule, pallier le temps de latence du turbocompresseur classique au démarrage, ou dans les phases transitoires du véhicule. Cependant, ce type de machine est source 'de bruit. En effet, les vibrations du moteur peuvent interférer avec la fréquence de résonnance de la machine et engendrer des vibrations supplémentaires et ainsi des micro-déplacements à haute fréquence et dans le domaine audible de l'oreille humaine. Les vibrations se transmettent sur toute la structure de la machine, et se propagent dans l'air et dans les supports de la machine. Si les bruits conduits par la machine vers le support peuvent être réduits par des amortisseurs, les bruits intrinsèques à la machine sont plus difficiles à traiter. Une solution à ce bruit, consiste à réduire les effets des efforts radiaux. Les effets des efforts radiaux sont réduits, par exemple, en aménageant des évidements de matière sur la face externe du stator, dans le prolongement des dents du stator. Une telle solution permet un gain de déformation, permettant de réduire les efforts radiaux sur la pièce en contact avec le stator, de 10%. Ce gain participe à la réduction partielle du bruit, qui reste ainsi encore audible par une oreille humaine. La présente invention a donc pour objet de pallier un ou plusieurs des inconvénients des machines de l'art antérieur en proposant une machine électrique configurée pour limiter les nuisances sonores.
3029710 2 Pour cela la présente invention propose une machine électrique comportant des moyens de réduction du bruit configurés pour obtenir une fréquence de résonnance de la machine électrique située dans une plage de fréquence de résonnance ne concordant pas avec la plage de fréquence des harmoniques de la machine électrique.
5 Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens de réduction du bruit sont configurés pour obtenir une fréquence de résonnance de la machine électrique comprise entre 1500HZ et 2500Hz. Selon un mode de réalisation de l'invention, la machine comporte au moins un stator, les moyens de réduction du bruit comprenant au moins un évidement, formé dans le stator, 10 associé à des moyens d'isolation mécanique du stator par rapport au reste de la machine électrique. Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens d'isolation comprennent des moyens d'isolation axiale et des moyens d'isolation radiale. Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens d'isolation axiale sont formés par 15 au moins deux joints disposés aux extrémités radiales du stator. Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens d'isolation radiale sont formés par de la résine recouvrant la surface radiale extérieure du stator. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'évidement s'étend longitudinalement dans le corps du stator parallèlement à un axe longitudinal du stator et à toute forme 20 géométrique permettant de limiter les contraintes mécaniques sur le stator. Selon un mode de réalisation de l'invention, la largeur de l'évidement interne est inférieure à la largeur d'une dent du stator et est disposé dans l'axe d'une dent du stator. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'évidement interne est formé dans le corps du stator à une distance suffisante d'une face interne 221 du corps du stator pour ne pas 25 perturber le champ magnétique. Selon un mode de réalisation de l'invention, le stator comporte au moins deux évidements externes formés sur la face externe du stator. L'invention concerne également, l'utilisation de la machine électrique selon l'invention dans un compresseur de suralimentation électrique pour véhicule automobile.
3029710 3 L'invention concerne également, un compresseur de suralimentation électrique équipé d'une machine électrique selon l'invention. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris et 5 apparaîtront plus clairement à la lecture de la description faite, ci-après, en se référant aux figures annexées, données à titre d'exemple et dans lesquelles: - la figure 1 est une représentation schématique d'une vue en coupe d'une partie du dispositif selon l'invention, - la figure 2 est une représentation schématique d'un détail d'une partie du 10 dispositif selon l'invention, - la figure 3 est une représentation schématique d'une vue en coupe du dispositif selon l'invention, - la figure 4 est une représentation schématique d'un détail A du dispositif de la figure 3 selon l'invention.
15 La présente invention concerne une machine électrique 1. La machine 1 électrique comporte au moins un stator 2, illustré figure 1 et 2. La machine électrique comporte également un rotor 3 disposé à l'intérieur du stator 2. Plus précisément, le rotor 3 est disposé dans un espace 4 formé au centre du stator 2.
20 Selon un mode de réalisation de l'invention, le stator est disposé dans un évidement formé dans le corps 110 de la machine électrique, illustré figure 3et 4. Selon un mode de réalisation de l'invention, la machine électrique est une machine à courant continue ou alternatif, synchrone ou asynchrone ou tout type de machine électrique du même type.
25 Plus précisément, selon un mode de réalisation de l'invention, la machine électrique est un moteur à reluctance variable (également appelée machine SRM pour Switched Reluctance Motor selon la terminologie anglaise). Le stator 2 est formé d'au moins un corps 21. Selon un mode de réalisation de l'invention, le stator est formé de plusieurs corps. Le stator est également formé de 30 plusieurs dents 22. Les dents 22 sont disposées sur la face interne 221 du corps du stator 3029710 4 délimitant l'espace 4 dans lequel se trouve le rotor. Le stator 2 comporte n dents 22, n étant compris entre 4 et 12, et de manière très préférée égale à 6. Autour de chacune des dents 22 est disposé un bobinage qui forme ainsi les bobines 23 du stator. L'alimentation de chacune des bobines 23 permet la création d'un champ magnétique dans le stator 2.
5 Selon un mode de réalisation de l'invention, le rotor 3 comporte des dents 32 de rotor orientées suivant les lignes de champ du stator 2. Le nombre de dents du rotor 3 est compris entre 2 et 8, et de manière préférée est égale à 4. Il a été mis en évidence par la demanderesse que certaines harmoniques de la machine, lorsqu'elles sont en concordance avec la fréquence de résonnance de la 10 machine, sont particulièrement audibles pour l'oreille humaine. Ces harmoniques deviennent alors source de bruit. Ainsi, dans le cadre de l'invention, la réduction du bruit est réalisée en définissant une plage de fréquence de résonnance de la machine qui n'est pas en concordance avec les harmoniques de la machine électrique.
15 Par exemple, dans le cas d'une machine électrique comportant 6 dents de stator, et selon un mode de réalisation de l'invention comportant également 4 dents de rotor, les harmoniques 4 et 8 sont particulièrement audibles. Dans le cas où la machine électrique a un régime de rotation fonctionnelle compris entre 35000RPM (3684 rad/s) et 75000RPM (7894 rad/s), 6ORPM étant égale à 1HZ : 20 - l'harmonique 4 (H4) varie entre 35000/60*4 = 2333Hz et 75000/60*4 = 5000Hz, - l'harmonique 8 (H8) varie entre 35000/60*8 = 4666Hz et 75000/60*8 = 10000Hz. Ainsi, dans ce cas présent, la plage de fréquence dans laquelle les harmoniques 25 vont concorder avec la fréquence de vibration de la machine et être source de bruit se situe entre 2333Hz et 10000HZ. En dessous de 1500Hz, lorsque par exemple la machine est utilisée dans un véhicule automobile, les vibrations du moteur du véhicule peuvent interférer avec la fréquence de résonnance du produit, et engendrer des contraintes mécaniques 30 importantes.
3029710 5 La plage de fréquence de résonnance dans laquelle les nuisances sonores vont être limitées se situe entre 1500Hz et 2500Hz, et au delà de 10000Hz. L'objectif de la présente invention est donc de proposer une machine électrique comportant des moyens de réduction du bruit configurés pour obtenir une fréquence de 5 résonnance de la machine électrique située dans une plage de fréquence de résonnance ne concordant pas avec la plage de fréquence des harmoniques. Plus précisément, les moyens de réduction du bruit sont configurés pour obtenir une fréquence de résonnance de la machine électrique comprise entre 1500HZ et 2500Hz.
10 Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens de réduction du bruit comprennent au moins un évidement 24 formé dans le stator 2 associé à des moyens d'isolation acoustique mécanique 61', 61", 5 du stator par rapport au reste de la machine électrique 1. Cette association donne la souplesse nécessaire au système pour éviter les fréquences de résonnance citées précédemment.
15 Dans le cadre de l'invention, le stator 2 comporte au moins un évidement 24 interne. Cet évidement 24 interne est formé dans le corps 21 même du stator. L'évidement 24 interne est formé dans le corps 21 du stator 2, et s'étend longitudinalement, selon l'axe 31 longitudinal du stator, sur au moins une partie du stator, dans le corps 21 du stator 2. Plus précisément, l'évidement 24 interne s'étend 20 parallèlement à l'axe 31 du stator. Dans le cadre de l'invention, l'axe 31 longitudinal du stator est défini comme étant l'axe 31 le long duquel s'étend le stator, passant par le centre du stator, c'est-à-dire l'axe 31 autour duquel est disposé le stator. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'évidement 24 interne s'étend 25 longitudinalement sur toute la longueur du stator 2. Selon un mode de réalisation de l'invention, la largeur Le, de l'évidement 24 interne est supérieure à la largeur L, d'une dent 22 du stator 2. Dans le cadre de l'invention, la largeur, de l'évidement et des dents du stator, est définie par la grandeur orientée suivant un plan P perpendiculaire à un plan passant par le 3029710 6 rayon R du stator, par opposition à la hauteur qui se définie par la grandeur passant par le rayon R du stator. Dans le cadre de l'invention, l'évidement 24 interne à toutes formes géométriques possibles. Plus précisément, l'évidement 24 interne à toutes formes géométriques 5 permettant de limiter les contraintes mécaniques sur le stator 2. En effet, ce sont les contraintes mécaniques qui participent aux nuisances sonores en favorisant les efforts radiaux. La diminution des effets des efforts permet ainsi de limiter les nuisances sonores. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'évidement 24 interne est un cylindre dont la génératrice à toute forme permettant de limiter les contraintes mécaniques sur le 10 stator. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'évidement 24 interne est rond. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'évidement 24 interne est ovale, sa largeur Le, étant supérieure à sa hauteur hei. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'évidement 24 interne est carré ou 15 rectangle. Par exemple, l'évidement 24 interne est rectangle ou carré, avec des coins arrondis. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'évidement 24 interne à une forme d'ellipse, plus précisément l'évidement 24 interne est un cylindre elliptique dont la largeur est supérieure à la hauteur.
20 L'évidement 24 interne est disposé dans l'axe d'une dent 22 du stator. Plus précisément, l'évidement 24 interne est disposé dans la partie du corps 21 du stator 2 prolongeant une dent 22 du stator. Selon un mode de réalisation, l'évidement 24 interne est formé dans le corps du stator à une distance suffisante de la face interne 221 du corps du stator pour ne pas 25 perturber le champ magnétique. Plus précisément, la plus petite distance De, entre un bord de l'évidement 24 interne et la face interne 221 du corps du stator est supérieure ou égale à la largeur d'une dent du stator divisée par deux (L5/2). Une telle disposition évite de modifier le champ magnétique de la machine électrique. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'évidement 24 interne est disposé 30 dans le corps 21 du stator 2 et en périphérie du corps 21. C'est-à-dire que l'évidement 24 3029710 7 interne est plus proche de la face externe 222 du stator 2 que de la face interne 221 du stator 2. Dans le cadre de l'invention, la face externe 222 du stator 2 est celle qui ne comporte pas de dent 22 et qui est disposée à l'extérieur du stator 2 si l'on considère que 5 la face interne 221 du stator délimite une zone 4 du stator 2 dans laquelle est disposé le rotor 3. Selon un mode de réalisation de l'invention, le stator 2 comporte un nombre d'évidements 24 identique au nombre de dents 22 du stator. Par exemple dans le cas ou le stator comporte six dents, le stator comporte six évidements 24 internes.
10 Dans le cadre de l'invention, les moyens de réduction du bruit comprennent également des moyens d'isolation acoustique du stator par rapport au reste de la machine électrique. Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens d'isolation acoustique comprennent des moyens d'isolation acoustique axiale 61', 61" et des moyens d'isolation 15 acoustique radiale 5. Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens d'isolation acoustique axiale 61', 61" sont formés par au moins deux joints 61', 61" disposés aux extrémités radiales 610 du stator 2. Les extrémités radiales 610 du stator correspondent aux deux surfaces externes du stator 2 disposées perpendiculairement par rapport à l'axe 31 du 20 stator 2. Selon un mode de réalisation de l'invention, les joints 61', 61" sont des joints en élastomère. Les joints 61', 61" sont des joints toriques. Selon un mode de réalisation de l'invention, les joints 61', 61" sont disposés en périphérie de la surface 610 formant les extrémités du stator 2.
25 Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens d'isolation acoustique radiale 5 sont formés par de la résine recouvrant la surface radiale extérieure du stator 2. Selon un mode de réalisation de l'invention, la résine 5 comble totalement le vide entre la surface radiale du stator 2 et le corps 110 de la machine électrique 1. Selon un mode de réalisation de l'invention, la résine est une résine souple.
3029710 8 Selon un mode de réalisation de l'invention, la résine a une dureté inférieure ou égale à 80 shore A, de préférence inférieure ou égale à 60 shore A. Selon un mode de réalisation de l'invention, lorsque le stator 2 est formé de plusieurs parties, la machine électrique comporte un anneau en aluminium 120 disposé 5 entre le stator 2 et la résine 5. Selon une variante de l'invention, le stator 2 comporte également au moins un évidement 25 externe formé sur la face externe du stator, illustré figure 2. Cet évidement 25 externe forme une rainure orientée selon l'axe 31 du rotor 3. L'évidement 25 externe est décalé par rapport aux dents 22 du stator. L'évidement 25 10 externe est centré entre deux évidements 24 internes. Selon un mode de réalisation de l'invention, la largeur de l'évidement 25 externe est telle qu'il chevauche, au niveau de chacun de ses cotés, un évidement 24 interne. Selon un mode de réalisation de l'invention, la machine comprend deux évidements 25 externes, la distance Dex entre deux évidements 25 externes étant 15 inférieure à la largeur Le, d'un évidement 24 interne. Le stator 2 comporte ainsi une alternance d'évidements 24 internes et d'évidements 25 externe. La profondeur de l'évidement 25 externe est comprise entre 0 et une épaisseur restante du corps du stator supérieure ou égale à la largeur d'une dent du stator divisée par deux (L5/2). Dans le cadre de l'invention, épaisseur restante signifie l'épaisseur restante entre le fond de 20 l'évidement et la face interne 221 du stator ou le début d'une dent 22 du stator. Selon un mode de réalisation de l'invention, le stator 2 comporte un nombre d'évidements 25 externes identique au nombre de dents 22 du stator. Par exemple, dans le cas ou le stator comporte six dents, le stator comporte six évidements 25 externes. Une telle machine électrique selon l'invention, permet un gain de 8 à 17 dB 25 suivant les régimes de rotation du moteur du véhicule dans lequel la machine est utilisée.. Le bruit émis par la machine électrique n'est ainsi plus considéré comme une nuisance sonore pour l'oreille humaine. L'invention concerne également l'utilisation d'une telle machine selon l'invention dans un compresseur 10 de suralimentation électrique pour véhicule automobile.
3029710 9 L'invention concerne également un compresseur 10 de suralimentation électrique équipé d'une telle machine 1 selon l'invention. Plus précisément, l'invention concerne également un compresseur électrique 10 équipé d'un moteur à reluctance variable selon l'invention.
5 La portée de la présente invention ne se limite pas aux détails donnés ci-dessus et permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans s'éloigner du domaine d'application de l'invention. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, et peuvent être modifiés sans toutefois sortir de la portée définie par les revendications. 10

Claims (12)

  1. REVENDICATIONS1. Machine électrique 1 comportant des moyens de réduction du bruit configurés pour obtenir une fréquence de résonnance de la machine électrique située dans une plage de fréquence de résonnance ne concordant pas avec la plage de fréquence des harmoniques de la machine électrique.
  2. 2. Machine électrique 1 selon la revendication 1, dans laquelle la plage de fréquence des harmoniques comprise entre 1500HZ et 2500Hz.
  3. 3. Machine électrique 1 selon une des revendications 1 à 2, comportant au moins un stator 2, les moyens de réduction du bruit comprenant au moins un évidement 24, formé dans le stator 2, associé à des moyens 5 ,61' ,61"d'isolation mécanique du stator 2 par rapport au reste de la machine électrique 1.
  4. 4. Machine électrique 1 selon la revendication 3, dans laquelle les moyens d'isolation comprennent des moyens d'isolation axiale 61' ,61"et des moyens d'isolation radiale5.
  5. 5. Machine électrique 1 selon la revendication 4, dans laquelle les moyens d'isolation axiale 61' ,61"sont formés par au moins deux joints 61' ,61"disposés aux extrémités radiales 610 du stator.
  6. 6. Machine électrique 1 selon une des revendications 4 à 5, dans laquelle les moyens d'isolation radiale 5 sont formés par de la résine recouvrant la surface radiale extérieure 210 du stator 2.
  7. 7. Machine électrique 1 selon une des revendications 3 à 6, dans lequel l'évidement 24 s'étend longitudinalement dans le corps du stator 2 parallèlement à un axe longitudinal 31 du stator et a toute forme géométrique permettant de limiter les contraintes mécaniques sur le stator 2.
  8. 8. Machine électrique 1 selon une des revendications 3 à 7, dans lequel la largeur Lei de l'évidement interne 24 est inférieure à la largeur 1_, d'une dent 22 du stator 2 et est disposé dans l'axe d'une dent 22 du stator 2.
  9. 9. Machine électrique 1 selon une des revendications 3 à 8, dans lequel l'évidement interne 24 est formé dans le corps 21 du stator 2 à une distance suffisante d'une face interne 221 du corps du stator pour ne pas perturber le champ magnétique. 3029710 11
  10. 10. Machine électrique 1 selon une des revendications 3 à 8, dans lequel le stator comporte au moins deux évidements externes 25 formés sur la face externe du stator 2.
  11. 11. Utilisation de la machine électrique 1 selon une des revendications 1 à 10 dans un compresseur de suralimentation électrique pour véhicule automobile. 5
  12. 12. Compresseur de suralimentation électrique équipé d'une machine électrique 1 selon une des revendications 1 à 10.
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