FR3030925A1

FR3030925A1 - Machine electrique

Info

Publication number: FR3030925A1
Application number: FR1462972A
Authority: FR
Inventors: Abdou Salembere; Yacine Ayad; Samir Guerbaoui
Original assignee: Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Current assignee: Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Priority date: 2014-12-19
Filing date: 2014-12-19
Publication date: 2016-06-24
Anticipated expiration: 2034-12-19
Also published as: EP3235107A2; WO2016097565A3; FR3030925B1; WO2016097565A2

Abstract

La machine électrique comporte un stator (102) et un rotor (110), le stator (102) comportant des paires de dents statoriques (108A...108D) et le rotor (110) comportant au moins une paire de dents rotoriques (114A, 114B). Les dents rotoriques (114A, 114B) présentent une distance maximale par rapport à l'axe de rotation (O), appelée hauteur de dent (hmax), et sont séparées les unes des autres par des échancrures présentant une distance minimale par rapport à l'axe de rotation (O), appelée hauteur inter-dent (hmin), valant au plus 65% de la hauteur de dent (hmax). La face avant (116A, 116B) de chaque dent rotorique (114A, 114B) présente un profil transversal convexe selon un cercle, appelé cercle rotorique (CR), présentant un centre, appelé centre rotorique (OR). La face avant (110A... 110D) de chaque dent statorique (108A... 108D) présente un profil transversal concave selon un cercle, appelé cercle statorique (CS), présentant un centre, appelé centre statorique (OS), et, lorsqu'une dent rotorique (114A, 114B) est alignée avec une dent statorique (108A...108D), le centre rotorique (CR) est décalé du centre statorique (CS) d'un décalage (d) en direction de la face avant (116A, 116B) de la dent rotorique (114A, 114B).

Description

TITRE MACHINE ELECTRIQUE DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne une machine électrique à réluctance variable.

Plus particulièrement, l'invention concerne une machine à reluctance variable pour application, en tant que moteur électrique, dans un véhicule automobile, notamment pour un compresseur électrique de suralimentation. La présente invention concerne également un compresseur électrique de suralimentation pour véhicule automobile, comportant un tel moteur électrique à reluctance variable.

ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE 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 de brevet français publiée sous le numéro FR 2 991 725 A1, 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 un moteur électrique pour entraîner la roue en rotation. À la différence des turbocompresseurs, entrainés par les gaz d'échappement, le compresseur électrique de suralimentation présente un temps de réponse très court car il fonctionne avec un moteur électrique. Ceci permet de renforcer le couple du moteur à combustion interne à bas régime, de compenser le temps de réponse du turbocompresseur et d'améliorer les accélérations du véhicule automobile sur lequel est monté le moteur à combustion interne muni du compresseur électrique de suralimentation. La demande internationale PCT publiée sous le numéro WO 01 05019 Al décrit un moteur électrique à réluctance variable comportant : un stator délimitant un espace intérieur, un rotor situé dans l'espace intérieur et destiné à tourner autour d'un axe de rotation, le stator comportant des paires de dents statoriques opposées par rapport à l'axe de rotation, chaque dent statorique présentant une face avant dirigée vers l'axe de rotation, le rotor comportant au moins une paire de dents rotoriques opposées par rapport à l'axe de rotation, chaque dents rotorique présentant une face avant dirigée à l'opposé de l'axe de rotation, les dents rotoriques présentant une distance maximale par rapport à l'axe de rotation, appelée hauteur de dent, et étant séparées les unes des autres par des échancrures présentant une distance minimale par rapport à l'axe de rotation, appelée hauteur inter- dent, valant au plus 65% de la hauteur de dent, la face avant de chaque dent rotorique présentant un profil transversal convexe selon un cercle, appelé cercle rotorique, présentant un centre, appelé centre rotorique. Dans le moteur électrique de cette publication, la face avant des dents statoriques est plane et la courbure des dents rotoriques est centrée sur l'axe de rotation. Ainsi, en tenant compte de la courbure des dents rotoriques, lors du passage d'une dent rotorique devant une dent statorique, l'entrefer diminue progressivement jusqu'à ce que les dents soient alignées puis augmente progressivement jusqu'à ce que les dents se séparent. Cette variation progressive de l'entrefer permet de rendre les variations de couple moteur progressives. Cependant, la variation de l'entrefer proposée dans la publication précédente n'est pas toujours suffisante lorsque l'on souhaite limiter les vibrations sonores dans le domaine des fréquences audibles (20 Hz à 20 000 Hz), ces vibrations sonores étant causées au moins en partie par les variations de couple moteur.

L'invention a pour but de proposer une configuration de machine électrique à réluctance variable permettant de limiter les vibrations sonores dans le domaine des fréquences audibles.

RÉSUMÉ DE L'INVENTION À cet effet, il est proposé une machine électrique, en particulier un moteur électrique, à réluctance variable comportant : - un stator délimitant un espace intérieur, - un rotor situé dans l'espace intérieur et destiné à tourner autour d'un axe de rotation, le stator comportant des paires de dents statoriques opposées par rapport à l'axe de rotation, chaque dent statorique présentant une face avant dirigée vers l'axe de rotation, le rotor comportant au moins une paire de dents rotoriques opposées par rapport à l'axe de rotation, chaque dents rotorique présentant une face avant dirigée à l'opposé de l'axe de rotation, les dents rotoriques présentant une distance maximale par rapport à l'axe de rotation, appelée hauteur de dent, et étant séparées les unes des autres par des échancrures présentant une distance minimale par rapport à l'axe de rotation, appelée hauteur inter- dent, valant au plus 65% de la hauteur de dent, la face avant de chaque dent rotorique présentant un profil transversal convexe selon un cercle, appelé cercle rotorique, présentant un centre, appelé centre rotorique, caractérisée en ce que la face avant de chaque dent statorique présente un profil transversal concave selon un cercle, appelé cercle statorique, présentant un centre, appelé centre statorique, et en ce que, lorsqu'une dent rotorique est alignée avec une dent statorique, le centre rotorique est décalé du centre statorique d'un décalage en direction de la face avant de la dent rotorique. Grâce à l'invention, il est possible de régler à la fois la courbure statorique et la courbure rotorique pour s'adapter à la configuration de la machine électrique (dimensions, matériaux utilisés, courants de phase destinés à être reçus, etc.), dans le but de réduire les vibrations dans le domaine des fréquences audibles. De façon optionnelle, le cercle statorique présentant un rayon, appelé rayon statorique, le décalage entre le centre rotorique et le centre statorique est compris entre 2% et 10% du rayon statorique.

De façon optionnelle également, les dents statoriques d'une même paire sont symétriques par rapport à l'axe de rotation. De façon optionnelle également, les dents rotoriques d'une même paire sont symétriques par rapport à l'axe de rotation.

De façon optionnelle également, chaque dent statorique est symétrique par rapport à un axe de symétrie passant par l'axe de rotation. De façon optionnelle également, chaque dent rotorique est symétrique par rapport à un axe de symétrie passant par l'axe de rotation. Il est en outre proposé un compresseur électrique de suralimentation pour véhicule automobile, comportant un moteur électrique selon l'invention. DESCRIPTION DES FIGURES La figure unique est une vue en coupe longitudinale d'un moteur électrique à réluctance variable selon l'invention. DESCRIPTION DÉTAILLÉE Un mode de réalisation de l'invention va à présent être décrit à titre d'exemple uniquement, en référence à la figure unique. En référence à la figure unique, un moteur électrique 100 selon l'invention va à présent être décrit. Le moteur électrique 100 est un moteur électrique à réluctance variable.

Le moteur électrique 100 comporte un stator 102 comportant un cadre 104 délimitant un espace intérieur 106 dans lequel s'étend un axe de rotation 0 longitudinal. Le stator 102 comporte en outre des dents statoriques 108A 108B se projetant du cadre 104 en direction de l'axe de rotation O. Chaque dent statorique 108A 108B présente une face avant 110A -110B dirigée vers l'axe de rotation O. Les dents statoriques 108A 108B sont réparties angulairement autour de l'axe de rotation 0 de manière uniforme. En outre, chaque dent statorique 108A 108D est symétrique par rapport à un axe de symétrie respectif passant par l'axe de rotation O. Par ailleurs, les dents statoriques 108A 108D sont regroupées par paire 108A, 108c et 108B, 108, les deux dents statoriques 108A, 108e et 108B, 108D d'une même paire étant situées à l'opposée l'une de l'autre par rapport à l'axe de rotation O. De préférence, les deux dents statoriques 108A, 108e et 108,,, 108p d'une même paire sont symétriques l'une de l'autre par rapport à l'axe de rotation O. La face avant 110A -116D de chaque dent statorique 108A -108D présente un profil transversal concave selon un cercle, appelé cercle statorique Cs, présentant un centre, appelé centre statorique Os et un rayon, appelé rayon statorique R. Le rayon statorique Rs est de préférence le même pour toutes les dents statoriques 108A 08D- Le moteur électrique 100 comporte en outre des bobines (non représentées) enroulées autour de chaque dent statorique 108A, 108c et 108B, 108p.

Le moteur électrique 100 comporte en outre un rotor 110 destiné à tourner par rapport au stator 102 autour de l'axe de rotation O. Le rotor 110 comporte une partie centrale 112 et des dents rotoriques 114A, 114B se projetant de la partie centrale 112 à l'opposé de l'axe de rotation O. Chaque dent rotorique 114, 114B présente une face avant 116A, 116B dirigée à l'opposé de l'axe de rotation 0, vers le stator 102. Les dents rotoriques 114, 114B sont réparties angulairement autour de l'axe de rotation 0 de manière uniforme. En outre, chaque dent rotorique 114, 114B est symétrique par rapport à un axe de symétrie respectif passant par l'axe de rotation O. Par ailleurs, les dents rotoriques 114, 114B sont regroupées par paire 114, 114B, les deux dents rotoriques 114A, 114B d'une même paire étant situées à l'opposée l'une de l'autre par rapport à l'axe de rotation O. De préférence, les deux dents rotoriques 114A, 114B d'une même paire sont symétriques l'une de l'autre par rapport à l'axe de rotation O. La face avant 116, 116B de chaque dent rotorique 114, 114B présente un profil transversal convexe selon un cercle, appelé cercle rotorique C, présentant un centre, appelé centre rotorique OR et un rayon, appelé rayon rotorique RR. Le rayon rotorique R, est de préférence le même pour toutes les dents rotoriques 114, 114B. Les centres rotoriques OR et statoriques Os sont choisis de sorte que, lorsqu'une dent rotorique 114A, 114B est alignée avec une dent statorique 108A -108D (c'est-à-dire en particulier lorsque leurs axes de symétrie sont confondus), le centre rotorique CR soit décalé du centre statorique Cs d'un décalage d en direction de la face avant 116A, 116B de la dent rotorique 114, 114B. Ainsi, l'entrefer pris radialement par rapport à l'axe de rotation 0 est plus important sur les extrémités des dents qu'en leurs centres. Le flux magnétique augmente puis diminue de manière continue lorsqu'une dent rotorique 114A, 114B passe au voisinage d'une dent statorique 108A 108D- De cette manière, il est possible de choisir à la fois le rayon rotorique R, et le rayon statorique R5 pour obtenir une variation de l'entrefer permettant de réduire les bruits du moteur dans les fréquences audibles (20 Hz à 20 000 kHz). Dans l'exemple décrit, les centres rotorique OR et statorique 05 se trouve de part et d'autre de l'axe de rotation O. Dans un autre mode de réalisation, le centre rotorique OR pourrait être situé sur l'axe de rotation O. Dans ce cas, le centre statorique 05 serait situé à l'opposé de la dent rotorique par rapport à l'axe de rotation O. Dans encore un autre mode de réalisation, le centre statorique 05 pourrait être situé sur l'axe de rotation O. Dans ce cas, le centre rotorique OR serait situé dans la dent rotorique. De préférence, le décalage d entre le centre rotorique CR et le centre statorique Cs est compris entre 2% et 10% du rayon statorique Rs. Par ailleurs, les dents rotoriques 114, 114B présentent une distance maximale par rapport à l'axe de rotation 0, appelée hauteur de dent hmax, et sont séparées les unes des autres par des échancrures présentant une distance minimale par rapport à l'axe de rotation 0, appelée hauteur inter-dent hm,' valant au plus 65% de la hauteur de dent hm, et de préférence au plus 60%. Ainsi, les dents rotoriques 114A, 114B sont bien marquées ce qui permet de diriger le flux magnétique dans les dents rotoriques 114A, 114B en l'empêchant de passer entre les dents grâce à la hauteur inter-dent h qui n'est pas trop grande. De manière générale, le moteur électrique 100 comporte de préférence plus de paires de dents statoriques que de paire(s) de dents rotoriques. Par exemple, le moteur comporte entre deux et six paires de dents statoriques, et de manière très préférée trois paires de dents statoriques, et quatre paires de dents rotoriques. On remarquera en outre que la symétrie des dents statoriques et rotoriques permet d'obtenir un couple moteur régulier, et donc des bruits de fonctionnement faibles, et évite les contraintes mécaniques transversales sur l'axe de rotation 0, qui pourraient endommager ce dernier.

Le stator 102 et le rotor 110 sont en matériau ferromagnétique et présente de préférence une perméabilité relative maximale supérieure à 10 000. Le fonctionnement du moteur électrique 100 va à présent être décrit. Lorsqu'un courant de phase est généré dans la ou les bobines d'une paire de dents statoriques 108A, 108c et 108B, 108D, ce courant de phase génère un flux magnétique se propageant d'une dent statorique de la paire à l'autre en passant par une paire de dents rotoriques 114, 114B, ce applique un couple moteur au rotor 110 ayant tendance à faire s'aligner la paire de dents rotoriques 114A, 114B avec la paire de dents statoriques 108A, 108c et 108B, 108D considérée.

Ainsi, en commandant successivement l'alimentation des bobines de chaque paire de dents statoriques 108A, 108c et 108B, 108D, il est possible d'entraîner en rotation le rotor 110, le couple étant produit par la tendance du rotor 110 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.

Comme cela est connu en soi, le flux magnétique reboucle en passant par le cadre 104 du stator 102. La présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit précédemment, mais est au contraire définie par les revendications qui suivent. Il sera en effet apparent à l'homme du métier que des modifications peuvent y être apportées.

Par ailleurs, les termes utilisés dans les revendications ne doivent pas être compris comme limités aux éléments du mode de réalisation décrit précédemment, mais doivent au contraire être compris comme couvrant tous les éléments équivalents que l'homme du métier peut déduire à partir de ses connaissances générales.

Claims

REVENDICATIONS1. Machine électrique, en particulier moteur électrique, à réluctance variable comportant : un stator (102) délimitant un espace intérieur (106), un rotor (110) situé dans l'espace intérieur (106) et destiné à tourner autour d'un axe de rotation (0), le stator (102) comportant des paires de dents statoriques (108A. 108D) opposées par rapport à l'axe de rotation (0), chaque dent statorique (108A 18D) présentant une face avant (110A. ..110D) dirigée vers l'axe de rotation (0), le rotor (110) comportant au moins une paire de dents rotoriques (114A, 114B) opposées par rapport à l'axe de rotation (0), chaque dents rotorique (114A, 114B) présentant une face avant (116A, 116B) dirigée à l'opposé de l'axe de rotation (0), les dents rotoriques (114A, 114B) présentant une distance maximale par rapport à l'axe de rotation (0), appelée hauteur de dent (hm), et étant séparées les unes des autres par des échancrures présentant une distance minimale par rapport à l'axe de rotation (0), appelée hauteur inter-dent (11), valant au plus 65% de la hauteur de dent (hm), la face avant (116A, 116B) de chaque dent rotorique (114A, 114B) présentant un profil transversal convexe selon un cercle, appelé cercle rotorique (CR), présentant un centre, appelé centre rotorique (OR), caractérisée en ce que la face avant (110A. ..110,D) de chaque dent statorique (108A- 108D) présente un profil transversal concave selon un cercle, appelé cercle statorique (Cs), présentant un centre, appelé centre statorique (Os), et en ce que, lorsqu'une dent rotorique (114A, 114B) est alignée avec une dent statorique (108A 108D)' le centre rotorique (CR) est décalé du centre statorique (Cs) d'un décalage (d) en direction de la face avant (116A, 116R) de la dent rotorique (114A, 114R).
2. Machine électrique selon la revendication 1, dans laquelle, le cercle statorique (Cs) présentant un rayon, appelé rayon statorique (Rs), le décalage (d) entre le centre rotorique (CR) et le centre statorique (Cs) est compris entre 2% et 10% du rayon statorique (Rs).
3. Machine électrique selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle les dents statoriques (108,...108D) d'une même paire sont symétriques par rapport à l'axe de rotation (0).
4. Machine électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle les dents rotoriques (114,, 114B) d'une même paire sont symétriques par rapport à l'axe de rotation.
5. Machine électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle chaque dent statorique (108,...108D) est symétrique par rapport à un axe de symétrie passant par l'axe de rotation (0).
6. Machine électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle chaque dent rotorique (114,, 114B) est symétrique par rapport à un axe de symétrie passant par l'axe de rotation (0).
7. Compresseur électrique de suralimentation pour véhicule automobile, comportant un moteur électrique (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.15