FR3072835A1 - Machine electrique rotative - Google Patents

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Abstract

[But] Fournir une machine électrique rotative qui peut produire un couple suffisamment élevé même lors d'un fonctionnement à basse vitesse : [Solution] Une machine électrique rotative 1 est décrite et comprend un stator 10 et un rotor 20. Le rotor 20 comprend un noyau de rotor 21 avec une rangée de pôles saillants 22 disposés de manière circonférentielle ; un enroulement de rotor 23, lequel permet d'induire des courants en fonction d'une harmonique haute fréquence superposée au flux magnétique produit par le stator 10, et des diodes D1, D2 pour redresser les courants induits. La rangée de pôles saillants disposés de manière circonférentielle comprend des premiers pôles saillants 31, présentant chacun un aimant permanent 30, et des deuxièmes pôles saillants 32 autour desquels l'enroulement du rotor 23 est enroulé.

Description

[NOM DU DOCUMENT] Description [Titre de l'invention] MACHINE ÉLECTRIQUE ROTATIVE [Domaine Technique] [0001]
La présente invention concerne une machine électrique rotative.
[Arrière-plan technologique] [0002]
H existe une machine électrique rotative telle que décrite dans le document JP 2012-196095 A. Dans cette machine électrique rotative connue, les pôles saillants d'un rotor sont magnétisés en faisant passer, à travers des bobines de rotor, des courants induits par la force électromotrice induite créée par des harmoniques spatiales superposées au flux magnétique produit par un stator et redressés par des diodes.
[Etat de la Technique] [Littérature relative aux brevets] [0003]
Document 1 de Brevet : JP 2012-196095 A [Résumé de l'invention] [Problème Technique] [0004]
Cependant, dans la machine électrique rotative connue, la force électromotrice induite créée dans chacun des rotors est faible pendant le fonctionnement dans une zone à faible vitesse car la fréquence à laquelle le flux magnétique change est faible. Ainsi, les courants redressés, par les diodes, circulant dans les bobines du rotor deviennent faibles. C’ est la raison pour laquelle la machine électrique rotative connue ne peut pas produire un couple élevé lors d'un fonctionnement à de faibles vitesses de rotor.
[0005]
Un objet de la présente invention est de fournir une machine électrique rotative qui peut produire un couple suffisamment élevé même lors du fonctionnement à de faibles vitesses de rotor.
[Solution au Problème] [0006]
Un mode de réalisation de la présente invention concerne une machine électrique rotative comprenant : un rotor monté destiné à tourner autour d'un axe de rotation par rapport à un stator, capable de produire un flux magnétique en excitant l'enroulement de stator, dans laquelle : le rotor comprend : des premiers pôles saillants ayant des aimants permanents, un enroulement de rotor qui permet d'induire des courants en fonction d'une harmonique haute fréquence superposée au flux magnétique lorsque l'harmonique haute fréquence interagit avec l'enroulement de rotor ; et des redresseurs pour redresser les courants induits, et des deuxièmes pôles saillants autour desquels l'enroulement de rotor est enroulé.
[Effet avantageux de l'invention] [0007]
La présente invention fournit une machine électrique rotative qui peut produire un couple suffisamment élevé même lors du fonctionnement à de faibles vitesses de rotor.
Selon d’autres aspects de l’invention, la machine électrique rotative peut cmprendre les caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :
- le rotor comprend une rangée de premiers pôles saillants et de deuxièmes pôles saillants alternants disposés de manière circonférentielle,
- le rotor comporte une première section de rotor adjacente axialement à un côté du stator et une deuxième section de rotor adjacente axialement au côté opposé du stator,
- les première et deuxième sections de rotor sont disposées de sorte que chacun des premiers pôles saillants sur l'une des première et deuxième sections de rotor soit aligné avec l'un des deuxièmes pôles saillants sur l'autre des première et deuxième sections de rotor
- l'enroulement de rotor comprend des bobines d'induction, dans chacune desquelles un courant est induit par interaction avec l'harmonique haute fréquence du flux magnétique ; et des bobines d'excitation disposées pour faire passer des courants d'excitation, qui sont rendus après le redressement des courants induits, pour magnétiser les deuxièmes pôles saillants,
- le stator comprend des noyaux de stator, chacun desquels étant entouré par une bobine de l'enroulement de stator, dans laquelle les noyaux de stator sont séparés magnétiquement entre eux,
- l'enroulement de rotor est enroulé pour magnétiser les deuxièmes pôles saillants d'une manière appropriée pour une opération d'intensification de flux afin d'augmenter la densité de flux dans l'entrefer entre le rotor et le stator,
- l'enroulement de rotor est enroulé pour magnétiser les deuxièmes pôles saillants d'une manière appropriée pour une opération d'intensification de flux afin d'augmenter la densité de flux dans l'entrefer entre chacune des première et deuxième sections de rotor et le stator,
- les noyaux de stator sont disposés de manière circonférentielle dans une rangée à des intervalles prédéterminés, et le stator comprend un élément de retenue configuré pour séparer magnétiquement les noyaux de stator entre eux.
[Brève description des figures] [0008]
La figure 1 représente une vue en perspective d'une machine électrique rotative, à laquelle se rapporte un mode de réalisation de la présente invention.
La figure 2 est une vue éclatée de la machine électrique rotative.
La figure 3 est une vue éclatée partielle d'un stator de la machine électrique rotative.
La figure 4 est une vue éclatée du stator de la machine électrique rotative, montrant un procédé d'assemblage du stator.
La figure 5 est une coupe fragmentaire prise à travers une ligne circulaire le long de la circonférence du stator, montrant un état assemblé de noyaux de stator et un support dans le stator de la machine électrique rotative.
La figure 6 est une vue éclatée d'un deuxième rotor de la machine électrique rotative.
La figure 7 est un schéma de branchement d'un circuit redresseur de la machine électrique rotative.
La figure 8 est une représentation schématique de la machine électrique rotative.
La figure 9 est une vue en perspective d'un premier rotor de la machine électrique rotative dans la mesure où il est séparé du second rotor.
La figure 10(a) est un circuit équivalent d’axe d pour la machine électrique rotative.
La figure 10(b) est un circuit équivalent d’axe q pour la machine électrique rotative.
La figure 11 est un schéma montrant les première et seconde sections de rotor dans une première configuration.
La figure 12 est un résultat de simulation présentant la densité de flux magnétique dans le cas des première et seconde sections de rotor dans la première configuration.
La figure 13 est un schéma montrant les première et seconde sections de rotor dans une deuxième configuration.
La figure 14 est un résultat de simulation présentant la densité de flux magnétique dans le cas des première et deuxième sections de rotor dans la deuxième configuration.
La figure Î5 montre une comparaison du couple statique avec la position du rotor, en comparant une machine utilisant la première configuration à une machine utilisant la deuxième configuration.
La figure 16(a) est un schéma représentant les trajets de flux créés lorsque des bobines enroulées autour des deuxièmes pôles saillants magnétisent les deuxièmes pôles saillants dans une polarité magnétique de nature à affaiblir le flux.
La figure 16(b) est un schéma représentant les trajets de flux créés lorsque des bobines enroulées autour des deuxièmes pôles saillants magnétisent les deuxièmes pôles saillants dans une polarité magnétique de nature à intensifier le flux.
La figure 17 est un résultat de simulation présentant la densité de flux magnétique dans le cas où les deuxièmes pôles saillants sont magnétisés de sorte à affaiblir le flux.
La figure 18 est un résultat de simulation présentant la densité de flux magnétique dans le cas où les deuxièmes pôles saillants sont magnétisés de sorte à intensifier le flux.
La figure 19 est un résultat de simulation présentant la densité de flux magnétique dans le cas où l'enroulement de rotor est en condition de circuit ouvert.
La figure 20 compare les caractéristiques de couple-phase, en comparant une machine à affaiblissement de flux à une machine à intensification de flux.
La figure 21 compare le couple avec la force magnétomotrice du stator, en comparant la machine à affaiblissement de flux à la machine à intensification de flux.
La figure 22 compare les caractéristiques de couple-vitesse, en comparant la machine à affaiblissement de flux à la machine à intensification de flux.
La figure 23 compare les caractéristiques de tension de ligne à ligne avec la vitesse, en comparant la machine à affaiblissement de flux à la machine à intensification de flux.
La figure 24(a) est un diagramme vectoriel représentant la machine à affaiblissement de flux avec divers vecteurs dans le châssis dq fixé au rotor.
La figure 24(b) est un diagramme vectoriel représentant la machine à intensification de flux avec divers vecteurs dans le châssis dq.
La figure 24(c) est un diagramme vectoriel représentant la machine à intensification de flux avec divers vecteurs dans le châssis dq dans lequel la norme d'un vecteur de courant d'entrée est réduite.
La figure 25 est une vue en perspective d'une modification d'un rotor, montrant une première section de rotor séparée d'une deuxième section de rotor.
La figure 26 est un schéma représentant les trajets de flux créés lorsque des bobines enroulées autour des deuxièmes pôles saillants de la deuxième section de rotor magnétisent les deuxièmes pôles saillants dans une polarité magnétique de nature à intensifier le flux.
[Description Détaillée] [0009]
La présente invention concerne une machine électrique rotative. La machine comprend : un rotor monté destiné à tourner autour d'un axe de rotation par rapport à un stator, capable de produire un flux magnétique en excitant l'enroulement de stator, dans laquelle : le rotor comprend : des premiers pôles saillants ayant des aimants permanents, un enroulement de rotor qui permet d'induire des courants en fonction d'une harmonique haute fréquence superposée au flux magnétique ; et des redresseurs destinés à redresser les courants induits, et des deuxièmes pôles saillants autour desquels l'enroulement de rotor est enroulé. Ainsi, la machine électrique rotative peut produire un couple suffisamment élevé même lors du fonctionnement à de faibles vitesses de rotor.
[Mode(s) de réalisation] [0010]
L’(les) exemple(s) de mise en œuvre de l'invention sera (seront) ci-après décrit(s) en référence aux dessins annexés, dans lesquels les références numériques similaires désigneront des éléments similaires.
[0011]
Une machine électrique rotative ou d'aimant permanent à rotor interne à stator unique à flux axial et à double rotor conforme au présent mode de réalisation est représentée en 1 dans une vue en perspective sur la figure 1 et dans une vue éclatée sur la figure 2. La machine 1 comprend un stator 10 et un rotor 20 monté rotatif autour d'un axe de rotation par rapport au stator 10. L'entrée électrique triphasée, c'est-à-dire les courants alternatifs triphasés, fournit de l'énergie au stator 10. En détail, le stator 10 est capable de produire un flux magnétique lorsque les bobines d'un enroulement de stator 11 sont excitées. Le rotor 20 comprend une première section de rotor 20A et une deuxième section de rotor 20B.
[0012]
Dans le présent mode de réalisation, la machine 1 est une machine à entrefer axial dans laquelle le rotor 20 est axialement, par rapport à l'axe de rotation, adjacent au stator 10 mais espacé axialement du stator 10 par un entrefer axial. Comme décrit plus loin, aucune alimentation électrique externe du rotor 20 n'est requise.
[0013] (Stator)
En référence également à la figure 3, le stator 10 comprend une pluralité de noyaux de stator 12, qui sont répartis circonférentiellement et uniformément, des bobines de l'enroulement de stator 11 s'enroulant autour des noyaux de stator 12, et un élément de retenue 13 pour retenir les noyaux de stator 12 de manière à les séparer magnétiquement l'un après l'autre. Dans le présent exemple, les noyaux de stator 12 sont des pièces individuelles et séparées, mais ils peuvent faire partie d'une pièce monobloc aussi longtemps qu'ils sont séparés magnétiquement.
[0014]
Dans le présent mode de réalisation, les noyaux de stator 12 sont formés d'un noyau magnétique en poudre qui est obtenu suite au moulage par compression d'une fine poudre métallique ferromagnétique. Afin de fournir une excellente isolation électrique, les noyaux de stator 12 sont revêtus de poudre de résine. Autour des noyaux de stator 12 se trouvent des bobines de phase W, des bobines de phase V et des bobines de phase U enroulées de façon concentrée.
[0015]
Dans le stator 10, les noyaux de stator 12 sont séparés magnétiquement car, comme décrit ci-dessus, les noyaux de stator 12 sont des pièces individuelles et séparées, 1’ élément de retenue 13, qui est constitué d'un matériau non magnétique, retient les noyaux de stator 12. Cela garantit que le flux de la deuxième harmonique spatiale quittant chacun des noyaux de stator 12 se relie efficacement et successivement avec les deuxièmes pôles saillants 32, qui sont décrits ultérieurement, par rapport à un stator conventionnel comprenant une armature arrière dans laquelle l’armature arrière fournit un chemin de fuite de flux de la deuxième harmonique spatiale depuis un noyau de stator vers le noyau de stator adjacent suivant, parce qu'une telle fuite via une armature arrière est limitée. En outre l'enroulement de stator 11 enroulé de façon concentré garantit que le flux de la deuxième harmonique spatiale sortant des deux côtés de chacun des noyaux de stator 12 se relie efficacement et successivement avec les deuxièmes pôles saillants 32. La fabrication des noyaux de stator 12 peut être simplifiée en utilisant une armature arrière en matériau magnétique.
[0016]
En se référant continuellement à la figure 3, chaque noyau de stator 12 comprend et est divisé en les première et deuxième (ou deux) sections de noyau de stator 12A et 12B comme si l'on réalisait une coupe verticale, par rapport à l'axe de rotation, à travers le noyau de stator 12.
[0017]
Le stator 10 comprend Γ élément de retenue 13. L’ élément de retenue 13 est annulaire et constitué de matériau non magnétique tel qu'un acier inoxydable. L’ élément de retenue 13 est configuré pour retenir les noyaux de stator 12 autour desquels les bobines de l'enroulement de stator 11 s'enroulent. L’élément de retenue 13 est constitué d'une rangée de trous de maintien 13a disposés ou s'étendant de manière circonférentielle, qui sont répartis uniformément, chacun retenant l'un des noyaux de stator 12, c'est-à-dire l'un des éléments d'une première rangée disposée de manière circonférentielle de la première section de noyau de stator 12A et l’élément aligné axialement d'une deuxième rangée disposée de manière circonférentielle de la deuxième section de noyau de stator 12B. Un carter de moteur, non illustré, est disponible pour le raccordement à Γ élément de retenue 13 au niveau de sa circonférence extérieure.
[0018]
Le procédé d'assemblage du stator 10 est décrit en référence à la figure 4.
[0019]
Étant dans des bobines d'enroulement alpha, les bobines de l'enroulement de stator 11 sont conçues pour recevoir les noyaux de stator 12. L'enroulement alpha permet d'étendre un début et une fin d'un fil extérieurement dans la même direction.
[0020]
Le rapport de surface du fil en coupe transversale est amélioré dans les bobines d'enroulement alpha de l'enroulement du stator 11. Aucune autre bobine ne peut être enroulée de manière plus dense. Les bobines d'enroulement alpha facilitent leur connexion externe puisque le début et la fin de chaque fil s'étendent depuis la circonférence extérieure du stator 10 dans la même direction.
[0021]
La figure 3 représente partiellement une première rangée de bobines de phase W, V et U disposées de manière circonférentielle de l'enroulement de stator 11 et une deuxième rangée espacée axialement, par un entrefer lia, de bobines de phase W, V et U disposées de manière circonférentielle de l'enroulement de stator 11. En assemblage, en utilisant cet entrefer lia, Γ élément de retenue 13 est disposé entre les première et deuxième rangées de bobines de phase W, V et U.
[0022]
L’ élément de retenue 13 comprend une rangée de trous de maintien 13a disposés de manière circonférentielle, chacun s'étendant radialement et intérieurement, dans une direction radiale, depuis un bord large radialement extérieur vers un bord étroit radialement intérieur. Les bobines de phase W, V et U de la première rangée supérieure s'étendant de manière circonférentielle et les bobines de phase W, V et U de la deuxième rangée disposée de manière circonférentielle sont placées sur les côtés supérieur et inférieur de l'élément de retenue 13 de sorte que chacune des ouvertures entourées par les bobines de phase de la première rangée disposée de manière circonférentielle soit alignée axialement avec l'un des trous de maintien 13a et également avec l'une des ouvertures définies ou entourées par les bobines de phase de la deuxième rangée disposée de manière circonférentielle et espacée axialement.
[0023]
Dans la description qui précède et dans la description qui suit, l'expression une direction radiale est utilisée dans la présente invention pour désigner une direction qui est orthogonale à l'axe de rotation autour duquel le rotor 20 est rotatif. L’expression radialement extérieur et l'expression radialement intérieur sont utilisées dans la présente invention pour signifier éloigné et moins éloigné de l'axe de rotation dans une direction radiale orthogonale à l'axe de rotation.
[0024]
Avec les bobines de phase de l'enroulement de stator 11 placées des deux côtés de l'élément de retenue 13, les premières sections de noyau de stator 12A sont insérées axialement dans les trous de maintien 13a à travers les ouvertures définies par les bobines de phase et les deuxièmes sections de noyau de stator 12B sont insérées axialement dans les trous de maintien 13a à travers les ouvertures définies par les bobines de phase jusqu'à ce qu'elles se rencontrent dans les trous de maintien 13a, pressant ainsi les bobines de phase de l'enroulement de stator 11 contre l'élément de retenue 13 (voir la figure 5).
[0025]
L'enrobage d'un assemblage des bobines de phase de l'enroulement de stator 11, des première et deuxième sections de noyau de stator 12A et 12B, et de l'élément de retenue 13 est préférable. Dans le processus d'enrobage, l'assemblage est placé dans un moule qui est ensuite rempli d'une résine liquide isolante, protégeant ainsi l'assemblage. Le moule fait partie du stator fini 10 et peut limiter les vibrations électromagnétiques et améliorer la conductivité thermique pour le refroidissement.
[0026]
Dans le présent mode de réalisation, comme décrit, les noyaux de stator 12 sont revêtus de poudre avec une poudre de résine pour fournir une isolation, toutefois les bobines de l'enroulement de stator 11 peuvent être enroulées autour des noyaux de stator 12 via des isolants, qui sont constitués d'un matériau non magnétique tel qu'une résine isolante par moulage, pour assurer une excellente isolation des noyaux de stator 12.
[0027]
La figure 5 est une section schématique du stator 10, qui est assemblé comme décrit ci-dessus.
[0028]
Comme représenté sur la figure 5, chacune des première et deuxième sections de noyau de stator 12A et 12B est formée avec un flasque ou un rebord en saillie 12a pour retenir en place la bobine associée parmi les bobines de l'enroulement de stator 11. Ceci empêche les bobines de l'enroulement de stator 11 de glisser hors des première et deuxième sections de noyau de stator 12A et 12B.
[0029]
Le stator 10, décrit ci-dessus, est capable de produire un champ magnétique rotatif en excitant les bobines de l'enroulement de stator 11 avec un courant alternatif triphasé. Le flux magnétique provenant du stator 10 est relié au rotor 20, provoquant ainsi la création d'un couple appliqué au rotor 20.
[0030] (Rotor)
En se référant à nouveau aux figures 1 et 2, le rotor 20 comprend une première section de rotor 20A et une deuxième section de rotor 20B.
[0031]
La première section de rotor 20A est adjacente axialement à un côté du stator 10, et la deuxième section de rotor 20B est axialement adjacente au côté opposé du stator 10 de sorte qu'elles peuvent tourner autour de l'axe de rotation.
[0032]
Dans le présent mode de réalisation, la première section de rotor 20A est espacée axialement du premier côté du stator 10 par un entrefer axial, tandis que la deuxième section de rotor 20B est espacée axialement du côté opposé du stator 10 par un entrefer axial comme si l'on interposait le stator 10 entre elles. Les première et deuxième sections de rotor 20A et 20B ont la même construction et la même disposition. Ainsi, seule la deuxième section de rotor 20B est décrite, omettant ainsi la description de la première section rotative 20A pour des raisons de brièveté.
[0033]
En se référant aux figures 2 et 6, la deuxième section de rotor 20B comprend un noyau de rotor annulaire 21, un enroulement de rotor 23, et des circuits redresseurs 24 (voir la figure 7).
[0034]
Le noyau de rotor 21 comprend une rangée de pôles saillants 22 disposés ou s'étendant de manière circonférentielle. Le noyau de rotor 21 est un noyau de poudre magnétique constitué de poudres fines ferromagnétiques comprimées.
[0035]
La rangée de pôles saillants 22 s'étendant de manière circonférentielle est une rangée de premiers pôles saillants 31 et de deuxièmes pôles saillants 32 alternants. Chaque premier pôle saillant 31 possède un aimant permanent 30. Sur chaque deuxième pôle saillant 32 est enroulé un enroulement de rotor 23. Comme on peut mieux le voir sur la figure 2, les premier et deuxième pôles saillants 31 et 32 sont disposés en alternance. [0036]
Chacun des premiers pôles saillants 31 comporte une paire de nervures en saillie 31a. Les nervures 31a de chaque paire se projettent dans la même direction que se projette chacun des deuxièmes pôles saillants 32. En étant intégré entre les nervures 31a de chaque paire, un aimant permanent 30 est lié à l'un des premiers pôles saillants 31 par un adhésif. Des exemples d'adhésif sont l'adhésif à base de silicium, l'adhésif acrylique et l'adhésif époxy. L’adhésif est, mais sans s'y limiter, l'un de ceux mentionnés ci-dessus.
[0037]
Les nervures 31a de chaque paire ont pour fonction de restreindre le mouvement circonférentiel de l'aimant permanent 30. De plus, elles ont pour fonction de retenir l'aimant permanent 30 dans un état correctement positionné jusqu'à ce que l'aimant permanent 30 soit lié à l'un des premiers pôles saillants 31. Ainsi, le processus de liaison ne nécessite aucun gabarit exclusif servant à positionner chacun des aimants permanents 30 sur l'un des premiers pôles saillants 31. Cela améliore l'efficacité du travail dans le processus de liaison, réduisant ainsi le coût de fabrication.
[0038]
Les deuxièmes pôles saillants 32 font saillie axialement vers le stator 10 depuis la surface 21a du noyau de rotor 21 qui fait face au stator 10. Entre les deux pôles saillants circonférentiellement adjacents, à savoir, chacun des deuxièmes pôles saillants 32 et celui adjacent des premiers pôles saillants 31, se trouve une fente de rotor 34. En utilisant les fentes de rotor 34, les bobines de l'enroulement de rotor 23 sont enroulées autour des deuxièmes pôles saillants 32.
[0039]
L'enroulement de rotor 23 permet d'induire des courants alternatifs en fonction d'une harmonique haute fréquence superposée au flux magnétique du stator 10. En détail, l'enroulement de rotor 23 comprend des bobines d'induction 23 a et des bobines d'excitation 23b.
[0040]
Les bobines d'induction 23a sont disposées adjacentes au stator 10, mais espacées axialement de celui-ci. Dans chacune des bobines d'induction 23a, un courant est induit par l'interaction avec une harmonique haute fréquence, c'est-à-dire une harmonique spatiale, superposée au flux magnétique du stator 10. Les bobines d'induction 23a sont connectées aux bobines d'excitation 23b via des redresseurs, qui seront décrits plus loin. [0041]
On sait que le champ magnétique rotatif généré au niveau du stator 10 contient un harmonique spatiale en plus de la norme. L'harmonique spatiale n'est pas synchronisée avec la norme.
[0042]
Les bobines d'excitation 23b sont disposées pour faire passer des courants d'excitation, qui sont rendus après le redressement des courants induits par des circuits redresseurs 24, l'un étant représenté sur la figure 7, pour magnétiser les deuxièmes pôles saillants 32.
[0043]
Chacun des circuits redresseurs 24 est un circuit visant à redresser des courants alternatifs induits traversant l'enroulement de rotor 23. En détail, il est configuré pour redresser les courants alternatifs induits dans les bobines d'induction 23a pour alimenter en courant continu les bobines d'excitation 23b (voir la figure 7).
[0044]
En se référant continuellement à la figure 7, le circuit redresseur 24 comprend deux diodes DI et D2 comme redresseurs. En se référant également à la figure 8, chacun des circuits redresseurs 24 est un circuit fermé interconnectant les diodes DI et D2 ; une bobine d'induction 23a et une bobine d'excitation 23b, qui s'enroulent autour d'un deuxième pôle saillant 32 sur la première section de rotor 20A ; et une bobine d'induction 23a et une bobine d'excitation 23b, qui s'enroulent autour d'un deuxième pôle saillant 32 sur la deuxième section de rotor 20B.
[0045]
La deuxième section de rotor 20B étant déplacée de manière circonférentielle de la première section de rotor 20A par un pas polaire (voir la figure 8), chacun des circuits redresseurs 24 relie un ensemble de bobines d'induction et d'excitation 23a et 23b autour d'un deuxième pôle saillant 32 sur la première section de rotor 20A et de bobines d'induction et d'excitation 23a et 23b autour du pôle saillant adjacent 32 sur la deuxième section de rotor 20B. Ainsi, le nombre de circuits redresseurs, requis par la machine 1, est une fonction du nombre de pôles.
[0046]
Les diodes DI et D2 sont stockées dans un boîtier de diode, non illustré, et monté sur le rotor 20. Les diodes DI et D2 peuvent être montées à l'intérieur du rotor 20. Les redresseurs sont, mais sans s'y limiter, des diodes, mais ils peuvent être des dispositifs à semi-conducteurs tels que des dispositifs de commutation.
[0047]
Le circuit redresseur 24 est un redresseur pleine onde du type pince à point central qui convertit les demi-cycles positifs de deux courants alternatifs induits (CAs) en entrée en un courant continu (CC) pulsé en sortie à l'aide de deux diodes DI et D2 après avoir induit une inversion de l'un des deux CAs induits en entrée de sorte à obtenir une différence de phase de 180°.
[0048]
À l'aide des diodes DI et D2, le circuit redresseur 24 convertit les CAs induits en entrée, qui sont induits dans deux bobines d'induction 23a, en une sortie CC. La sortie CC est fournie aux bobines d'excitation 23b, en tant que courant d'excitation, amenant ainsi les bobines d'excitation 23b à magnétiser les deuxièmes pôles saillants associés 32.
[0049]
Dans le présent mode de réalisation, les bobines d'excitation 23b sont enroulées de telle sorte que chacun des deuxièmes pôles saillants 32 sur chacune des première et deuxième sections de rotor 20A et 20B présente une polarité magnétique S sur une surface interne faisant face au stator 10 et une polarité magnétique N sur une surface extérieure (voir la figure 9) de sorte à former une orientation polaire dans la direction axiale.
[0050]
Comme décrit, un courant est induit dans chacune des bobines d'induction 23 a en fonction d'une harmonique spatiale superposée au flux magnétique produit au niveau du stator 10. L'harmonique spatiale est générée en fonction de la modification de la réluctance magnétique dans un entrefer entre le stator 10 et la première section de rotor 20A et entre le stator 10 et la deuxième section de rotor 20B pour la rotation des première et deuxième sections de rotor 20A et 20B présentant des rangées disposées de manière circonférentielle et comportant les premier et deuxième pôles saillants 31 et 32 en alternance.
[0051]
L'harmonique spatiale s'appelle une deuxième harmonique spatiale dans un système de coordonnées au repos attaché au stator 10, toutefois on l'appelle une troisième harmonique dans un système de coordonnées en rotation synchronisée avec le champ magnétique rotatif.
[0052]
Dans le présent mode de réalisation, le nombre de fentes dans le stator 10 est de 18, et le nombre de pôles dans chacune des première et deuxième sections de rotor 20A et 20B du rotor 20 est de 12 de sorte que la combinaison de pôle et de fente est 3 : 2. Étant donné qu'une harmonique qui est trois fois plus importante que la base provoque la pulsation de la répartition de perméance au niveau de chacun des premier et deuxième pôles saillants 31 et 32, la troisième harmonique spatiale fait culminer le coefficient de couplage magnétique, augmentant ainsi la probabilité que la troisième harmonique spatiale se relie avec les deuxièmes pôles saillants 32.
[0053]
L'inductance dans une direction positive le long de l'axe d et l'inductance dans une direction négative le long de l'axe d diffèrent en grandeur donc elles ne sont pas symétriques pour le cas où la combinaison de pôle et de fente est 3 : 2. Ainsi, la deuxième harmonique spatiale dans le système de coordonnées au repos ou la troisième harmonique spatiale dans le système de coordonnées rotatif apparaît.
[0054]
La troisième harmonique d'espace se relie avec et induit un courant induit alternatif dans chacune des bobines d'induction 22 car elle n'est pas symétrique avec la base.
[0055] (Structure de surface du noyau de rotor)
En se référant à nouveau aux figures 1 et 2, le noyau de rotor 21, qui dispose d'une rangée s'étendant de manière circonférentielle constituée des premiers pôles saillants 31 et des deuxièmes pôles saillants 32 sur sa surface interne faisant face au stator 10, est formée avec une pluralité de segments surélevés 40 sur sa surface externe opposée 21b. La pluralité de segments surélevés 40 sont disposés de manière circonférentielle et répartis uniformément.
[0056]
Chacun des segments surélevés 40 présente une surface extérieure plate 40a formée avec un trou de positionnement 40b utilisé pour le montage d'un boîtier de diode, non illustré, sur la surface extérieure 40a. Dans le boîtier de diode sont disposées les diodes DI et D2 d'un circuit redresseur 24 mentionné précédemment. Chacun des boîtiers de diode est annulaire et présente une pluralité de saillies au niveau de sa surface destinées à se loger dans l'un des trous de positionnement 40b pour le positionnement par rapport au noyau de rotor 21. La surface extérieure 40a est effilée au niveau de son rebord.
[0057]
Dans le présent mode de réalisation, la pluralité de segments surélevés 40 fournit une structure de surface inégale sur une surface 21b du noyau de rotor 21, augmentant ainsi la superficie du noyau de rotor 21. Cela augmente la rigidité du noyau de rotor 21 qui est aplati, limitant ainsi les vibrations de surface provoquées par son oscillation naturelle. [0058]
Si un noyau de rotor n'est pas formé avec des segments surélevés, les vibrations de surface provoquées par son oscillation naturelle pour la rotation d'un rotor sont difficiles à restreindre puisque la rigidité du noyau de rotor est faible.
[0059] (Structure de pôle conséquente)
En se référant à la figure 9 avec référence continuelle à la figure 2, les structures de pôles conséquentes comprennent une structure dans laquelle, dans le présent mode de réalisation, chacune des première et deuxième sections de rotor 20A et 20B de la machine électrique rotative 1 comprend un noyau de rotor 21 avec une rangée disposée ou s'étendant de manière circonférentielle de premiers pôles saillants 31 et de deuxièmes pôles saillants 32 en alternance qui sont alternativement disposés et uniformément répartis, où : chacun des premiers pôles saillants 31 se présente sous la forme d'un pôle magnétique permanent portant un aimant permanent 30 ; et chacun des deuxièmes pôles saillants 32 se présente sous la forme d'une pièce polaire comportant une bobine d'induction 23a et une bobine d'excitation 23b. Aucun aimant permanent n'est porté par le deuxième pôle saillant
32.
[0060]
H y a un rotor à pôle conséquent dans lequel des pôles saillants avec des aimants permanents et des pôles saillants magnétiques sans aimant permanent, souvent appelés pôle(s) conséquent(s), sont alternativement disposés dans une direction circonférentielle le long d'un cercle autour de l'axe central d'une machine électrique rotative. En employant un rotor à pôle conséquent du type ci-dessus dans une machine électrique rotative, les champs magnétiques produits par les pôles saillants dotés d'aimants permanents interagissent avec les pôles conséquents adjacents pour les magnétiser, entraînant la production par chacun des pôles conséquents d'une polarité magnétique opposée à celle produite par le pôle saillant adjacent parmi les pôles saillants adjacents à aimants permanents.
[0061]
Les rotors à pôle conséquent présentent un avantage sur certains autres types de rotors ne comportant que des pôles saillants dotés d'aimants permanents car ils réduisent de moitié l'utilisation d'aimants permanents, toutefois ils posent un problème, à résoudre comme suit. Exposant en détail, dans les rotors à pôle conséquent, la réluctance (ou résistance) magnétique dans un circuit magnétique traversant un pôle conséquent n'est pas inférieure à la réluctance magnétique dans un circuit magnétique traversant un pôle saillant avec un aimant permanent, faisant en sorte que la densité du flux magnétique traversant un entrefer, c'est-à-dire une densité de flux dans l'entrefer, entre le pôle conséquent et un stator devienne inférieure à celle à travers un entrefer entre le pôle saillant à aimant permanent et le stator. Cela mène à une ondulation de couple appréciable (pas de faible ampleur).
[0062]
Dans le présent mode de réalisation, la réluctance magnétique dans chacun des deuxièmes pôles saillants 32 est autorisée à varier grâce à une bobine d'induction 23a et une bobine d'excitation 23b qui sont enroulées autour du deuxième pôle saillant 32 dans chacune des première et deuxième sections de rotor 20A et 20B.
[0063]
La réluctance magnétique dans chacun des seconds pôles saillants 32 varie en fonction de l'amplitude d'une force électromotrice induite (ou emf induite) dans la bobine d'induction associée parmi les bobines d'induction 23a qui est enroulée autour du deuxième pôle saillant 32. La force électromotrice induite dans la bobine d'induction associée 23a varie en fonction de la 2eme harmonique spatiale d'un champ magnétique traversant le deuxième pôle saillant 32. Le flux magnétique de la 2eme harmonique spatiale varie en fonction du courant du stator, de la phase de courant et de la vitesse du rotor 20.
[0064]
Ainsi, la réluctance magnétique dans chacun des deuxièmes pôles saillants 32 varie en fonction du courant du stator, de la phase de courant et de la vitesse du rotor 20. Comme représenté par un circuit équivalent d'axe q représenté sur la figure 10(b), la réluctance magnétique varie en fonction du courant du stator, de la phase de courant et de la vitesse du rotor 20, permettant aux deuxièmes pôles saillants 32 dans le présent mode de réalisation de fonctionner comme des pôles à champ variable. La figure 10(a) illustre un circuit équivalent d'axe d. Dans les figures 10(a) et 10(b) : vd, est une composante d'axe d de la tension d'induit ; vq, est une composante d'axe q de la tension d'induit ; id, est une composante d'axe d du courant d'induit ; iq, est une composante d'axe q du courant d'induit ; Ra, est une résistance d'enroulement ; Rc, est une résistance à la perte de noyau ; Ct) est une vitesse angulaire ; Ld est une inductance d'axe d ; Lq est une inductance d'axe q ; et, Tm, est un flux magnétique produit par des aimants permanents.
[0065]
Dans le présent mode de réalisation, qui sera décrit ultérieurement, chacun des deuxièmes pôles saillants 32 est du type à intensification de flux. Cela permet de réduire la réluctance magnétique dans chacun des deuxièmes pôles saillants 32 en augmentant la force électromotrice induite, qui varie en fonction du courant du stator, de la phase de courant et de la vitesse du rotor 23a, dans la bobine d'induction associée parmi les bobines d'induction 23 a. En conséquence, l'ondulation de couple dérivée d'une différence entre une densité de flux dans l'entrefer entre chacun des premiers pôles saillants 31 et le stator 10 et une densité d'entrefer entre chacun des deuxièmes pôles saillants 32 et le stator 10 est limitée car la diminution de la résistance magnétique augmente la densité de flux dans l'entrefer entre le deuxième pôle saillant 32 et le stator 10.
[0066] (Configuration des première et deuxième sections de rotor) Le rotor 20, qui se présente sous la forme d'un double rotor, comprend, dans le présent mode de réalisation, une première section de rotor 20A et une deuxième section de rotor 20B. Les première et deuxième sections de rotor 20A et 20B sont montées pour tourner autour d'un axe de rotation et axialement adjacentes au stator 10 et situées sur les côtés opposés de celui-ci. Il existe deux manières de configuration relative des première et deuxième sections de rotor 20A et 20B comme suit :
[0067]
Dans la première configuration telle que représentée schématiquement sur la figure 11, les premiers pôles saillants 31 de la première rangée disposée ou s'étendant de manière circonférentielle de premiers pôles saillants 31 et de deuxièmes pôles saillants 32 alternants de la première section de rotor 20A et les premiers pôles saillants 31 de la deuxième rangée disposée ou s'étendant de manière circonférentielle de premiers pôles saillants 31 et de deuxièmes pôles saillants 32 alternants de la deuxième section de rotor 20B sont alignés axialement. Dans la première configuration représentée à la figure 11, les aimants permanents 30 de la première section de rotor 20A sont disposés de sorte à présenter une polarité opposée aux aimants permanents 30 de la deuxième section de rotor 20B.
[0068]
Dans la deuxième configuration telle que représentée schématiquement sur la figure 13, la deuxième section de rotor 20B est déplacée de manière circonférentielle de la première section de rotor 20A par un pas polaire. En d'autres termes, les premiers pôles saillants 31 de la première rangée disposée de manière circonférentielle de premiers pôles saillants 31 et de deuxièmes pôles saillants 32 alternants de la première section de rotor 20A et les deuxièmes pôles saillants 32 de la deuxième rangée disposée de manière circonférentielle de premiers pôles saillants 31 et de deuxièmes pôles saillants 32 alternants de la deuxième section de rotor 20B sont alignés axialement. Dans la deuxième configuration représentée sur la figure 13, les aimants permanents 30 de la première section de rotor 20A sont disposés de sorte à présenter une polarité faisant face à un côté du stator 10, et les aimants permanents 30 de la deuxième section de rotor 20B sont disposés de sorte à présenter une polarité opposée du côté opposé du stator 10.
[0069]
En se référant également aux figures 12 et 14, l'opération d'affaiblissement de flux dans la première configuration est comparée à celle de la deuxième configuration. [0070]
La figure 12 est un résultat de simulation présentant la densité de flux magnétique d'une machine électrique rotative présentant les première et deuxième sections de rotor 20A et 20B dans la première configuration, comme représenté sur la figure 11, son enroulement de rotor 23 s'enroulant autour des deuxièmes pôles saillants 32 sur chacune des première et deuxième sections de rotor 20A et 20B d'une manière appropriée pour une opération d'affaiblissement de flux afin de réduire la densité de flux dans l'entrefer. Comme on peut facilement le voir sur la figure 12, pendant l'opération d'affaiblissement de flux, une direction de flux, indiquée par les flèches Fpm, de la trajectoire d’ écoulement du flux des aimants permanents 30 et une direction de flux, indiquée par les flèches Fem, de la trajectoire d’ écoulement du flux des pièces polaires des deuxièmes pôles saillants 32 sont opposées.
[0071]
La figure 14 est un résultat de simulation présentant la densité de flux magnétique d'une machine électrique rotative présentant les première et deuxième sections de rotor 20A et 20B dans la deuxième configuration, comme représenté sur la figure 13, son enroulement de rotor 23 s'enroulant autour des deuxièmes pôles saillants 32 sur chacune des première et deuxième sections de rotor 20A et 20B d'une manière appropriée pour une opération d'affaiblissement de flux afin de réduire la densité de flux dans l'entrefer. Comme on peut facilement le voir sur la figure 13, pendant l'opération d'affaiblissement de flux, une direction de flux, indiquée par les flèches Fpm, de la trajectoire d’ écoulement du flux des aimants permanents 30 et une direction de flux, indiquée par les flèches Fem, de la trajectoire d’ écoulement du flux des pièces polaires des deuxièmes pôles saillants 32 sont opposées.
[0072]
Comme on peut facilement le voir sur la figure 12, la machine présentant les première et deuxième sections de rotor 20A et 20B dans la première configuration représentée sur la figure 11 montre que la densité de flux dans l'entrefer diffère grandement d'une position de rotor du rotor 20, dans laquelle l'un des premiers pôles saillants 31 sur la première section de rotor 20A et le pôle saillant correspondant parmi les premiers pôles saillants 31 sur la deuxième section de rotor 20B sont axialement alignés, à la suivante, dans laquelle l'un des deuxièmes pôles saillants 32 sur la première section de rotor 20A et pôle saillant correspondant parmi les deuxièmes pôles saillants 32 sur la deuxième section de rotor 20B sont alignés axialement. De plus, à chaque position de rotor dans laquelle l'un des pôles saillants et le pôle saillant correspondant parmi les premiers pôles saillants 31 ou l'un des pôles saillants et le pôle saillant correspondant parmi les deuxièmes pôles saillants 32 sont alignés axialement, la densité de flux dans l'entrefer entre le stator 10 et la première section de rotor 20A est approximativement la même que la densité de flux dans l'entrefer entre le stator 10 et la deuxième section de rotor 20B.
[0073]
En se référant à la figure 15, le couple statique avec les caractéristiques de la position du rotor est décrit. La figure 15 montre que, dans le cas de la machine comportant les première et deuxième sections de rotor 20A et 20B dans la première configuration (voir la figure 11), la forme d'onde de couple statique d'un couple pour faire tourner la première section de rotor 20A est en phase avec celle d'un couple pour faire tourner la deuxième section de rotor 20B, de sorte que les pics de couple se produisent en même temps. Ainsi, l'amplitude des pics de la forme d'onde de couple statique d'un couple total pour faire tourner les première et deuxième sections de rotor 20A et 20B est augmentée, mais l'ondulation de couple est augmentée à un niveau élevé non négligeable.
[0074]
La machine présentant les première et deuxième sections de rotor 20A et 20B dans la deuxième configuration (voir la figure 13) est différente de la machine mentionnée ci-dessus, qui présente les première et deuxième sections de rotor 20A et 20B dans la première configuration (voir la figure 11), en ce que la deuxième section de rotor 20B étant déplacée de manière circonférentielle de la première section de rotor 20A par un pas polaire, à chaque position de rotor dans laquelle l'un des premiers pôles saillants 31 et des deuxièmes pôles saillants 32 alternés de la première section de rotor 20A et le pôle saillant correspondant parmi les premiers pôles saillants 31 et les deuxièmes pôles saillants 32 alternés sur la deuxième section de rotor 20B sont alignés axialement, la densité de flux dans l'entrefer entre le stator 10 et la première section de rotor 20A diffère de la densité de flux dans l'entrefer entre le stator 10 et la deuxième section de rotor 20B. En détail, dans une position du rotor dans laquelle, par exemple, l'un des premiers pôles saillants 31 de la première section de rotor 20A et le pôle saillant correspondant parmi les deuxièmes pôles saillants 32 de la deuxième section de rotor 20B sont alignés axialement ou l'un des deuxièmes pôles saillants 32 de la première section de rotor 20A et le pôle saillant correspondant parmi les premiers pôles saillants 31 de la deuxième section de rotor 20B, une densité de flux dans l'entrefer entre le stator 10 et la première section de rotor 20A et la densité de flux dans l'entrefer entre le stator 10 et la deuxième section de rotor 20B sont de telle sorte que l'une est haute lorsque l'autre est faible. En se référant à la figure 14, dans une position de rotor dans laquelle, par exemple, l'un des deuxièmes pôles saillants 32 de la première section de rotor 20A et le pôle saillant correspondant parmi les premiers pôles saillants 31 de la deuxième section de rotor 20B, la densité de flux dans l'entrefer entre le stator 10 et la première section de rotor 20A est haute, tandis que la densité de flux dans l'entrefer entre le stator 10 et la deuxième section de rotor 20B est faible.
[0075]
Par conséquent, dans le cas de la machine comportant les première et deuxième sections de rotor 20A et 20B dans la deuxième configuration (voir la figure 13), la forme d'onde de couple statique d'un couple destiné à faire tourner la première section de rotor 20A est déphasée de 120 degrés par rapport avec celle d'un couple destiné à faire tourner la deuxième section de rotor 20B, de sorte que les pics de couple se produisent à des instants différents comme représenté sur la figure 15. Ainsi, l'amplitude des pics de la forme d'onde de couple statique d'un couple total destiné à faire tourner les première et deuxième sections de rotor 20A et 20B est réduite, et l'ondulation de couple est réduite à un niveau inférieur au niveau élevé non négligeable auquel l'ondulation de couple est accrue dans la machine présentant les première et deuxième sections de rotor 20A et 20B dans la première configuration (voir la figure 11).
[0076]
Comme cela vient d'être décrit, la machine comportant les première et deuxième sections de rotor 20A et 20B dans la deuxième configuration (voir la figure 13) peut contribuer à la réduction de l'ondulation de couple. Dans le présent mode de réalisation, la deuxième configuration telle que représentée sur la figure 13 est utilisée.
[0077] (Ajustement de champ)
En se référant ensuite aux figures 16 à 24, la figure 16(a) illustre le flux d'entrefer avec un courant d'enroulement de champ positif autour des deuxièmes pôles saillants 32 disposés dans la deuxième position (voir la figure 13), et la figure 16(b) illustre le flux d'entrefer avec un courant d'enroulement de champ négatif autour des deuxièmes pôles saillants 32. L'ajustement de champ tel qu'il vient d'être décrit est applicable aux machines avec les deuxièmes pôles saillants 32 disposés dans la première position (voir la figure 11).
[0078]
Comme illustré sur la figure 16(a), lorsqu'un courant positif est appliqué à l'enroulement de champ autour des deuxièmes pôles saillants 32, le flux d'entrefer moyen est réduit, puisque les directions de flux au-dessus des aimants permanents 30 et des deuxièmes pôles saillants 32 sont opposées, réalisant ainsi l'affaiblissement de flux. Comme illustré sur la figure 16(b), lorsqu'un courant négatif est appliqué à l'enroulement de champ autour des deuxièmes pôles saillants 32, le flux créé par l'enroulement de champ est ajouté au flux provenant des aimants permanents 30, réalisant ainsi l'intensification de flux. Sur les figures 16(a) et 16(b), le aimants permanents 30 portés par les premiers pôles saillants 31 de la première section de rotor 20A sont disposés de sorte à présenter une polarité opposée des aimants permanents 30 portés par les premiers pôles saillants 32 de la deuxième section de rotor 20B avec leurs pôles nord faisant face au stator 10. Alternativement, avec leurs pôles sud faisant face au stator 10, les aimants permanents 30 peuvent être disposés de sorte à présenter une polarité opposée des aimants permanents 30 portés par les premiers pôles saillants 32 de la deuxième section de rotor 20B. Dans ce cas, lorsqu'un courant négatif est appliqué à l'enroulement de champ autour des deuxièmes pôles saillants 32, le flux d'entrefer moyen est réduit, puisque les directions de flux au-dessus des aimants permanents 30 et des deuxièmes pôles saillants 32 sont opposées, réalisant ainsi l'affaiblissement de flux. Lorsque la direction du courant de champ est modifiée de sorte à être positive, la direction de flux au-dessus des deuxièmes pôles saillants 32 est ajoutée au flux créé par les aimants permanents, renforçant le champ magnétique et augmentant le flux relié au stator 10.
[0079]
Afin d'obtenir un affaiblissement de flux, les bobines de l'enroulement de rotor 23 sont enroulées autour des deuxièmes pôles saillants 32 de telle sorte que, lorsque la direction d'un courant traversant les bobines de rotor 23 est la même que la direction dans laquelle les bobines de l'enroulement de rotor 23 sont enroulées, les deuxièmes pôles saillants 32 génèrent un flux de champ présentant une direction tendant à réduire le flux magnétique généré par les aimants permanents 30. Sur la figure 16(a), les bobines de l'enroulement de rotor 23 sont enroulées autour des deuxièmes pôles saillants 32 sur chacun des premier et deuxième segments de rotor 20A et 20B de telle sorte que, lorsque la direction d'un courant traversant chacune des bobines de l'enroulement de rotor 23 est la même que la direction dans laquelle les bobines de l'enroulement de rotor 23 sont enroulées, les deuxièmes pôles saillants 32 génèrent le flux, comme indiqué par les flèches Lem sur la figure 16(a), qui présente une direction opposée à la direction du flux, comme indiqué par les flèches Lpm sur la figure 16(a), sur les aimants permanents 30.
[0080]
Ainsi, en réalisant l'affaiblissement de flux, la direction du flux Lpm généré à partir des aimants permanents 30 et la direction du flux Lem sur les deuxièmes pôles saillants 32 sont opposées. Dans ce cas, puisque la réluctance magnétique au niveau de chacun des deuxièmes pôles saillants 32 est augmentée, la densité de flux au niveau du deuxième pôle saillant 32 est réduite, comme on le voit sur la figure 17, de sorte que le flux relié au deuxième pôle saillant 32 à partir du stator 10 est difficile à introduire dans le pôle saillant adjacent de manière circonférentielle parmi les premiers pôles saillants 31. En conséquence, la valeur maximale de la forme d'onde de couple générée par le rotor 20 est réduite comme indiqué sur la figure 20.
[0081]
D'autre part, afin d'obtenir une intensification de flux, les bobines de l'enroulement de rotor 23 sont enroulées autour des deuxièmes pôles saillants 32 de telle sorte que, lorsque la direction d'un courant traversant les bobines de l'enroulement de rotor 23 est la même que la direction dans laquelle les bobines de l'enroulement de rotor 23 sont enroulées, les deuxièmes pôles saillants 32 génèrent un flux de champ présentant une direction tendant à augmenter le flux magnétique généré par les aimants permanents 30. Sur la figure 16(b), les bobines de l'enroulement de rotor 23 sont enroulées autour des deuxièmes pôles saillants 32 sur chacun des premier et deuxième segments de rotor 20A et 20B de telle sorte que, lorsque la direction d'un courant traversant chacune des bobines de l'enroulement de rotor 23 est la même que la direction dans laquelle la bobine de rotor 23 est enroulée, les deuxièmes pôles saillants 32 génèrent le flux, comme indiqué par les flèches Fem sur la figure 16(b), qui présente la même direction que la direction du flux, comme indiqué par les flèches Fpm sur la figure 16(b), sur les aimants permanents 30. [0082]
Ainsi, en réalisant l'affaiblissement de flux, la direction du flux Fpm généré à partir des aimants permanents 30 et la direction du flux Fem sur les deuxièmes pôles saillants 32 sont identiques. Dans ce cas, puisque la réluctance magnétique de chacun des deuxièmes pôles saillants 32 est réduite, la densité de flux au niveau du deuxième pôle saillant 32 est augmentée, comme on le voit sur la figure 18, de sorte qu'il est aisé d'introduire le flux relié au deuxième pôle saillant 32 à partir du stator 10 dans le pôle saillant adjacent de manière circonférentielle parmi les premiers pôles saillants 31. En conséquence, la valeur maximale du couple destiné à faire tourner le rotor 20 est augmentée comme indiqué sur la figure 20.
[0083]
La figure 19 est un résultat de simulation présentant la densité de flux magnétique dans le cas d'un exemple de référence dans lequel l'enroulement de rotor 23 (y compris les bobines de rotor) est en condition de circuit ouvert. Dans ce cas, la densité de flux au niveau des deuxièmes pôles saillants 32 est supérieure au type à affaiblissement de flux (voir la figure 19 par rapport à la figure 17), mais inférieure au type à intensification de flux (voir la figure 19 par rapport à la figure 18). Ainsi, les formes d'onde de couple représentées sur la figure 20 illustrent que la valeur maximale de couple destiné à faire tourner le rotor 20 dans l'exemple de référence (voir la figure 19) est supérieure à celle du type à affaiblissement de flux (voir la figure 16(a) et la figure 17), mais inférieure à celle du type à intensification de flux (voir la figure 16(b) et la figure 18).
[0084]
En se référant à la figure 21, les tracés de couple sont obtenues avec le courant d'axe d étant nul (id = 0). L'intensité de la force magnétomotrice (MMF) équivaut au produit du courant autour des spires et du nombre de spires de la bobine.
[0085]
Comme représenté sur la figure 21, chacune des machines du type à affaiblissement de flux et du type à intensification de flux présente des caractéristiques selon lesquelles plus la force magnétomotrice est élevée, plus le couple visant à faire tourner le rotor est élevé. La machine du type à intensification de flux est supérieure à la machine du type à affaiblissement de flux en ce que l'amplitude du couple pour chaque force magnétomotrice est plus grande et que le taux d'augmentation du couple est plus élevé.
[0086]
La figure 22 est un tracé du couple en fonction de la vitesse du rotor dans des conditions de couple maximal par ampère (MTPA en anglais pour maximum torque per ampere). Le MTPA est obtenu, par exemple, en faisant varier le vecteur de champ magnétique avec la phase des courants alternatifs d'entrée pour utiliser efficacement le couple de réluctance.
[0087]
Comme représenté sur la figure 22, la machine du type à affaiblissement de flux présente des caractéristiques de couple-vitesse selon lesquelles le couple diminue avec la vitesse jusqu'à une vitesse prédéterminée, qui est, dans l'exemple représenté sur la figure 22, de 1000 tr/min. À des vitesses dépassant cette vitesse prédéterminée, le couple ne diminue pas davantage avec la vitesse car l'auto-excitation produit suffisamment d'énergie électrique.
[0088]
D'autre part, la machine du type à intensification de flux présente des caractéristiques de couple-vitesse selon lesquelles le couple augmente avec la vitesse jusqu'à une vitesse prédéterminée, qui est, dans l'exemple représenté sur la figure 22, de 2000 tr/min. À des vitesses dépassant cette vitesse prédéterminée, le couple n'augmente pas davantage car l'auto-excitation produit suffisamment d'énergie électrique.
[0089]
La figure 23 est un tracé de la tension de ligne à ligne en fonction de la vitesse du rotor dans des conditions de MTPA pour la comparaison entre la machine du type à affaiblissement de flux et la machine du type à intensification de flux.
[0090]
La figure 23 montre que la machine du type à affaiblissement de flux et la machine du type à intensification de flux présentent des caractéristiques de couple-vitesse similaires selon lesquelles le couple augmente avec la vitesse du rotor. La machine du type à intensification de flux est supérieure à la machine du type à affaiblissement de flux en ce que l'amplitude du couple pour chaque vitesse est plus grande et que le taux d'augmentation du couple est plus élevé.
[0091]
En se référant aux figures 24(a), 24(b), et 24(c), comparaison est faite de la machine du type à affaiblissement de flux, de la machine du type à intensification de flux et de la machine à enroulement de rotor en condition de circuit ouvert. Dans chacune des figures 24(a), 24(b), et 24(c), la machine dont l'enroulement de rotor est en condition de circuit ouvert (c.-à-d. Ψ e-COii = 0) est représentée par des vecteurs étirés sur une ligne à l'aide d'une série de points, où : Ia, est le vecteur de courant ; Ym, est le flux de rotor généré par les aimants permanents ; Ψ6_ε0ϋ, est le flux de rotor provenant de la force électromotrice générée dans les bobines du rotor ; j, est l'inertie du rotor ; O) est la vitesse angulaire du châssis-dq fixé au rotor ; id, est le courant d'axe d ; iq, est le courant d'axe q ; Ld, est l'inductance d'axe d ; Lq, est l'inductance d'axe q ; R, est la réluctance ; et Vs, est la tension de ligne à ligne.
[0092]
Comme on le voit à partir des vecteurs entièrement étirés représentés sur la figure 24(a), dans la machine du type à affaiblissement de flux, la réluctance magnétique est augmentée au niveau des deuxièmes pôles saillants 32 car les directions du flux de rotor Ψ e-Coii et du flux de rotor Ψ m sont opposées.
[0093]
Cela réduit la tension de ligne à ligne Vs dans la machine du type à affaiblissement de flux, comme on peut le voir facilement en comparant le vecteur entièrement étiré de la tension de ligne à ligne Vs au vecteur étiré sur une ligne à l'aide d'une série de points de la tension de ligne à ligne Vs sur la figure 24(a).
[0094]
D'autre part, comme on le voit à partir des vecteurs entièrement étirés représentés sur la figure 24(b), dans la machine du type à intensification de flux, la réluctance magnétique est réduite au niveau des deuxièmes pôles saillants 32 car les directions du flux de rotor Ψ e-coii et du flux de rotor Ψ m sont identiques.
[0095]
Cela augmente la tension de ligne à ligne Vs dans la machine du type à intensification de flux, comme on peut le voir facilement en comparant le vecteur entièrement étiré de la tension de ligne à ligne Vs au vecteur étiré sur une ligne à l'aide d'une série de points de la tension de ligne à ligne Vs sur la figure 24(b).
[0096]
Dans le cas où la machine du type à intensification de flux requiert une réduction de la tension de ligne à ligne Vs, la quantité d’ intensification du flux peut être réduite en réduisant la norme vectorielle (ou amplitude) du vecteur de courant Ia d'une manière comme indiqué par le vecteur tracé en pointillé représenté sur la figure 24(c) car le flux de rotor Ψ e-Coii varie en fonction de l'évolution du champ magnétique relié au rotor.
[0097]
Dans le cas d'une machine à intensification de flux avec une inductance La d'axe d étant supérieure à une inductance Lq d'axe q (La > Lq), une tension vq d'axe q est supérieure à une tension va d'axe d, fournissant une ellipse de limitation de tension du châssis dq. L’ellipse de limitation de tension du châssis dq dans laquelle la tension vq d'axe d se constitue un rayon de son grand axe. Ainsi, la machine à intensification de flux doit fonctionner avec la norme vectorielle d'un vecteur de courant maintenue réduite.
[0098]
Pour les raisons qui précèdent, il est préférable d’ adopter une machine à intensification de flux plutôt qu’ une machine à affaiblissement de flux et de faire varier la norme vectorielle du vecteur de courant pour ajuster un point de fonctionnement d’ une tension de ligne à ligne, améliorant ainsi le couple et réduisant la perte de cuivre pour une bonne efficacité.
[0099]
Dans le présent mode de réalisation, il est donc préférable de régler la direction dans laquelle les bobines de l'enroulement de rotor 23 sont enroulées autour des deuxièmes pôles saillants 32 de sorte que la direction du flux traversant les bobines de l'enroulement de rotor 23 en fonction d'un courant continu en entrée et la direction du flux généré par les aimants permanents 30 soient identiques, comme représenté sur la figure 16(b) pour fournir une machine à aimant permanent interne à intensification de flux.
[0100]
Comme décrit, la machine électrique rotative 1 selon le présent mode de réalisation permet d'obtenir un couple magnétique des aimants permanents 30 en plus du couple de réluctance car les premiers pôles saillants 31 de chacune des première et deuxième sections de rotor 20A et 20B portent des aimants permanents 30. Ainsi, le présent mode de réalisation de la machine électrique rotative 1 peut produire un couple suffisamment élevé même lors du fonctionnement à de faibles vitesses du rotor 20.
[0101]
Dans le présent mode de réalisation, les courants continus rendus après redressement, à l'aide des diodes DI et D2 du redresseur 24, les courants alternatifs induits créés dans les bobines de l'enroulement de rotor 23 enroulées autour des deuxièmes pôles saillants 32, qui ne sont pas dotés d'aimants permanents 30, sur chacune des première et deuxième sections de rotor 20A et 20B sont autorisés à traverser les bobines de l'enroulement de rotor 23 autour des deuxièmes pôles saillants 32, aimantant ainsi les deuxièmes pôles saillants 32 pour amener les deuxièmes pôles saillants 32 à fonctionner comme des pôles magnétiques à flux variable.
[0102]
De plus, la variation du flux des harmoniques spatiales avec l'ajustement du flux du stator en ajustant les courants triphasés fait varier la plage de sortie de la machine électrique rotative 1 puisque les deuxièmes pôles saillants 32 fonctionnent comme des pôles magnétiques à flux variable. Par exemple, la plage de sortie s'étend vers le côté de la vitesse élevée du rotor en affaiblissant le flux du stator pour réduire le flux des harmoniques spatiales à des vitesses de rotor élevées.
[0103]
Dans le présent mode de réalisation, une rangée de premiers et deuxièmes pôles saillants alternants 22 disposés de manière circonférentielle sur chacune des sections de rotor 20A et 20B comprend des premiers pôles saillants 31 (dotés d'aimants permanents 30) et des deuxièmes pôles saillants 32 (sans aimants permanents) alternants de sorte que, en utilisant l'espace entourant chacun des deuxièmes pôles saillants 32 et en s'étendant jusqu'aux deux pôles saillants adjacents parmi les premiers pôles saillants 31, les bobines de l'enroulement de rotor 23 peuvent être enroulées autour des deuxièmes pôles saillants 32. Cela permet une augmentation du nombre de spires des bobines enroulées autour de chacun des deuxièmes pôles saillants 32, augmentant ainsi le flux relié à chacun des deuxièmes pôles saillants 32.
[0104]
De plus, dans le présent mode de réalisation, les deuxièmes pôles saillants 32 ne sont pas munis d'aimants permanents, ce qui augmente le rapport de saillance (Lq/Lj) pour améliorer le couple de réluctance par rapport à la rangée de pôles dotés d'aimants permanents disposés de manière circonférentielle dans la technique antérieure. En outre, l'on s'attend à des réductions dans la quantité d'aimants permanents et dans le coût de fabrication.
[0105]
Dans le présent mode de réalisation, la démagnétisation des aimants permanents est atténuée en limitant l'utilisation des bobines uniquement aux deuxièmes pôles saillants 32 avec les premiers pôles saillants 31 n'étant pas entourés de bobines pour réduire la quantité de chauffage par rayonnement provenant des bobines auxquelles sont exposés les aimants permanents 30.
[0106]
Dans le présent mode de réalisation, les interférences magnétiques entre deux aimants permanents adjacents parmi les aimants permanents répartis de manière circonférentielle 30 sont réduites car chacune des première et deuxième sections de rotor 20A et 20B comprend une rangée de premiers pôles saillants 31 et de deuxièmes pôles saillants 32 alternants disposés de manière circonférentielle.
[0107]
Dans le présent mode de réalisation, la densité de couple augmente en raison d'une augmentation de la surface à partir de laquelle un couple est généré car le rotor 20 est appelé double rotor et comprend la première section de rotor 20A axialement adjacente à un côté du stator 10, et la deuxième section de rotor 20B adjacente axialement au côté opposé du stator 10. Cela améliore la puissance de sortie.
[0108]
Dans le présent mode de réalisation, les première et deuxième sections de rotor 20A et 20B sont disposées de sorte que chacun des premiers pôles saillants 31 de l'une des première et deuxième sections de rotor 20A et 20B est aligné avec l'un des deuxièmes pôles saillants 32 de l'autre section parmi les première et deuxième sections de rotor 20A et 20B. La première section de rotor 20A étant déplacée de manière circonférentielle de la deuxième section de rotor 20B selon un angle électrique de 180°, les première et deuxième sections de rotor 20A et 20B tournent. Ainsi, l'ondulation de couple provenant de la première section de rotor 20A et l'ondulation de couple provenant de la deuxième section de rotor 20B interagissent l'une avec l'autre de manière à se compenser (voir la figure 15), limitant ainsi l'ondulation de couple du couple total.
[0109]
Dans le présent mode de réalisation, les bobines de l'enroulement de rotor 23 comprennent les bobines d'induction 23a et les bobines d'excitation 23b. Les bobines d'induction 23 a et le bobines d'excitation 23b sont séparées afin de séparer le fonctionnement des bobines d'induction 23 a pour induire un courant provenant du fonctionnement des bobines d'excitation 23b pour générer un champ magnétique. Cela empêche une baisse d'efficacité de l'opération d'induction de courant et de Γ opération de génération d'un champ magnétique dû à une interférence magnétique entre l'opération d'induction de courant et de Γ opération de génération d'un champ magnétique.
[0110]
Dans le présent mode de réalisation, puisque les noyaux de stator 12 sont portés par l'élément de retenue 13 en matériau non magnétique, chacun des noyaux de stator 12 est séparé magnétiquement des noyaux de stator adjacents 12. Cela évite des fuites de l'une (des) harmonique(s) spatiale(s) générée(s) au niveau de l'un des noyaux de stator 12 vers l'un ou plusieurs des autres noyaux de stator 12, ce qui facilite la liaison de harmonique spatiale avec les bobines d'induction 23a lors de la rotation du rotor 20. Ainsi, 1’ harmonique spatiale est plus efficacement utilisée.
[OUI]
Dans le présent mode réalisation, une bobine d'induction 23a et une bobine d'excitation 23b sont des bobines différentes, toutefois elles peuvent être une bobine commune. Dans ce cas, la bobine commune et une diode peuvent être utilisées pour constituer un circuit fermé.
[0112]
De plus, dans le présent mode de réalisation, les première et deuxième sections de rotor 20A et 20B adoptent la deuxième configuration (voir la figure 13), mais elles peuvent adopter la première configuration (voir la figure 11).
[0113]
Dans le présent mode de réalisation, chacune des première et deuxième sections de rotor 20A et 20B comprend une rangée de premiers pôles saillants 31 (dotés d'aimants permanents 30) et de deuxièmes pôles saillants 32 (à enroulement de rotor 23) alternants disposés de manière circonférentielle, toutefois la première section de rotor 20A et la deuxième section de rotor 20B peuvent prendre la forme représentée sur les figures 25 et 26.
[0114]
En détail, comme représenté sur les figures 25 et 26, la première section de rotor 20A peut présenter une rangée de pôles saillants disposés de manière circonférentielle chacun se présentant sous la forme d'un premier pôle saillant 31 à aimant permanent 30, et la deuxième section de rotor 20B peut présenter une rangée de pôles saillants disposés de manière circonférentielle chacun se présentant sous la forme d'un deuxième pôle saillant 32 comportant une ou plusieurs bobines de rotor d'un enroulement de rotor 23.
[0115]
En ce qui concerne la deuxième section de rotor 20B dans la modification des figures 25 et 26, les bobines de l'enroulement de rotor 23 s'enroulent autour des deuxièmes pôles saillants 32 pour permettre aux courants continus de circuler dans le sens horaire ou antihoraire pour magnétiser les deuxièmes pôles saillants 32 de telle sorte que les deuxièmes pôles saillants adjacents 32 alternent successivement en polarité magnétique. Les deuxièmes pôles saillants 32 sont espacés entre eux et disposés dans un espace annulaire présentant l'une et l'autre surfaces d'extrémité axiale. Chaque deuxième pôle saillant 32 présente une polarité magnétique au niveau de la première surface d'extrémité axiale et une polarité magnétique opposée au niveau de l'autre surface d'extrémité axiale de sorte à former une orientation polaire dans la direction axiale. Des aimants permanents adjacents 30, que portent les premiers pôles saillants 31, alternent successivement en polarité magnétique. Les aimants permanents 30 sont espacés entre eux et disposés dans un espace annulaire présentant l'une et l'autre surfaces d'extrémité axiale. Chaque aimant permanent 30 présente une polarité magnétique au niveau de la première surface d'extrémité axiale et une polarité magnétique opposée au niveau de l'autre surface d'extrémité axiale de sorte à former une orientation polaire dans la direction axiale.
[0116]
Dans la modification des figures 25 et 26, la deuxième section de rotor 20B peut produire un couple plus important que la première section de rotor 20A. Ainsi, la modification peut trouver son application dans le port de différentes charges.
[0117]
La machine électrique rotative 1 peut trouver son application non seulement dans les moteurs pour véhicules, mais aussi dans les générateurs pour la production d'énergie éolienne et dans les moteurs pour machines-outils.
[0118]
Dans le présent mode de réalisation, une machine électrique rotative 1 est mise en œuvre comme une machine à entrefer axial, toutefois elle peut être mise en œuvre en tant que machine électrique rotative à entrefer radial. Dans le présent mode de réalisation, une machine électrique rotative 1 est mise en œuvre en tant que moteur triphasé, toutefois elle peut être mise en œuvre en tant que machine électrique rotative 1 de moteur à quatre ou cinq ou deux phases.
[0119]
Dans le présent mode de réalisation, un stator 10 peut utiliser un enroulement toroïdal avec un enroulement concentré sur chaque pôle de stator. Dans ce cas, en plus des zones de génération de couple adjacentes à t'une et aux autres extrémités axiales, une zone de génération de couple est prévue autour de la circonférence externe du stator 10. Ces trois zones de génération de couple peuvent fournir une génération de couple améliorée. [0120]
Bien que l'invention concerne, mais sans s'y limiter, le présent mode de réalisation, il apparaîtra clairement à l'homme du métier que des modifications peuvent être apportées sans sortir du cadre de la présente invention. Toutes ces modifications et leurs équivalents sont envisagés comme étant couverts par la présente invention.
[Description des signes de référence] [0121]
I. Machine électrique rotative
10. Stator
II. Enroulement de stator
12. Noyau de stator
13. Support
20. Rotor
20A. Première section de rotor
20B. Deuxième section de rotor
21. Noyau de rotor
22. Rangée de premiers pôles saillants et de deuxièmes pôles saillants alternants disposés de manière circonférentielle
23. Enroulement de rotor
23a. Bobine d'induction
23b. Bobine d'excitation
24. Circuit redresseur
30. Aimant permanent
31. Premier pôle saillant (Pôle d'aimant permanent)
32. Deuxième pôle saillant (Pièce polaire)
D1,D2 Diode (Redresseur)

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS
    1. Machine électrique rotative (1) comprenant : un rotor (20) monté pour tourner autour d'un axe de rotation par rapport à un stator (10), capable de produire un flux magnétique par excitation de l'enroulement de stator (11), caractérisée en ce que :
    le rotor (20) comporte :
    des premiers pôles saillants (31) présentant des aimants permanents (30), un enroulement de rotor (23) qui permet d'induire des courants en fonction d'une harmonique haute fréquence superposée au flux magnétique lorsque l'harmonique haute fréquence interagit avec l'enroulement de rotor ; et des redresseurs (Dl, D2) pour redresser les courants induits, et des deuxièmes pôles saillants (32) autour desquels l'enroulement de rotor (23) est enroulé.
  2. 2. Machine électrique rotative selon la revendication 1, dans laquelle le rotor (20) comprend une rangée de premiers pôles saillants (31) et de deuxièmes pôles saillants (32) alternants disposés de manière circonférentielle.
  3. 3. Machine électrique rotative selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans laquelle le rotor (20) comporte :
    une première section de rotor (20A) adjacente axialement à un côté du stator (10) ; et une deuxième section de rotor (20B) adjacente axialement au côté opposé du stator (10).
  4. 4. Machine électrique rotative selon la revendication 3, dans laquelle les première et deuxième sections de rotor (20A, 20B) sont disposées de sorte que chacun des premiers pôles saillants (31) sur l'une des première et deuxième sections de rotor (20A, 20B) soit aligné avec l'un des deuxièmes pôles saillants (32) sur l'autre des première et deuxième sections de rotor (20A, 20B).
  5. 5. Machine électrique rotative selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle l'enroulement de rotor (23) comprend :
    des bobines d'induction (23a), dans chacune desquelles un courant est induit par interaction avec l'harmonique haute fréquence du flux magnétique ; et des bobines d'excitation (23b) disposées pour faire passer des courants d'excitation, qui sont rendus après le redressement des courants induits, pour magnétiser les deuxièmes pôles saillants (32).
  6. 6. Machine électrique rotative selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle le stator comprend des noyaux de stator (12), chacun desquels étant entouré par une bobine de l'enroulement de stator (11), dans laquelle les noyaux de stator (12) sont séparés magnétiquement entre eux.
  7. 7. Machine électrique rotative selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle l'enroulement de rotor (23) est enroulé pour magnétiser les deuxièmes pôles saillants (32) d'une manière appropriée pour une opération d'intensification de flux afin d'augmenter la densité de flux dans l'entrefer entre le rotor (20) et le stator (10).
  8. 8. Machine électrique rotative selon la revendication 4, dans laquelle l'enroulement de rotor (23) est enroulé pour magnétiser les deuxièmes pôles saillants (32) d'une manière appropriée pour une opération d'intensification de flux afin d'augmenter la densité de flux dans l'entrefer entre chacune des première et deuxième sections de rotor (20A, 20B) et le stator (10).
  9. 9. Machine électrique rotative selon la revendication 6, dans laquelle les noyaux de stator (12) sont disposés de manière circonférentielle dans une rangée à des intervalles prédéterminés, et le stator comprend un élément de retenue (13) configuré pour séparer magnétiquement les noyaux de stator (12) entre eux.
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