FR3084787A1 - Machine electrique tournante a configuration optimisee - Google Patents
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Abstract
L'invention porte principalement sur une machine électrique tournante (10), notamment pour véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comporte: - un rotor (12) comportant une pluralité de pôles magnétiques formés par des aimants permanents (15) en terres rares, ces aimants permanents (15) étant disposés à l'intérieur de cavités (17) fermées, et - un stator (11) comportant un corps muni d'encoches (22) et un bobinage (23) formé par des épingles insérées dans les encoches (22), ledit bobinage (23) étant du type quatre conducteurs par encoche.
Description
MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE À CONFIGURATION OPTIMISÉE
L’invention porte sur une machine électrique tournante à configuration optimisée. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, avec les machines électriques tournantes utilisées dans les véhicules automobiles.
De façon connue en soi, les machines électriques tournantes comportent un stator et un rotor solidaire d'un arbre. Le rotor pourra être solidaire d'un arbre menant et/ou mené et pourra appartenir à une machine électrique tournante sous la forme d'un alternateur, d'un moteur électrique, ou d'une machine réversible pouvant fonctionner dans les deux modes.
Le rotor comporte un corps formé par un empilage de feuilles de tôles maintenues sous forme de paquet au moyen d'un système de fixation adapté. Le rotor comporte des pôles formés par des aimants permanents logés dans des cavités ménagées dans le corps de rotor.
Par ailleurs, le stator est monté dans un carter configuré pour porter à rotation l'arbre de rotor par exemple par l'intermédiaire de roulements. Le stator comporte un corps muni d'une pluralité de dents définissant des encoches, et un bobinage inséré dans les encoches du stator.
Le document WO2015185847 décrit un rotor comportant des aimants réalisés en ferrite qui présentent l'inconvénient d'être encombrants par rapport aux bras du rotor qui les maintiennent en position. Il est donc difficile de conserver l'équilibrage et d’assurer la tenue mécanique du rotor en survitesse à des vitesses supérieures à 18000 tours/min, dans la mesure où les aimants ont tendance à bouger à l'intérieur du paquet de tôles du rotor.
Par ailleurs, il a été observé qu'un stator comportant un bobinage formé à partir d'épingles ayant deux conducteurs par encoche engendre des pertes continues importantes à haute fréquence.
L’invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant une machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comporte:
- un rotor comportant une pluralité de pôles magnétiques formés par des aimants permanents en terres rares, ces aimants permanents étant disposés à l'intérieur de cavités fermées, et
- un stator comportant un corps muni d'encoches et un bobinage formé par des épingles insérées dans les encoches, ledit bobinage étant du type quatre conducteurs par encoche.
L'invention permet ainsi, en utilisant des aimants en terres rares disposés à l'intérieur de cavités fermées, d'améliorer la tenue mécanique du rotor à haute vitesse. L'utilisation d'un stator à quatre conducteurs par encoche permet en outre de limiter les pertes continues par courants de Foucault à haute vitesse. L'invention permet ainsi d'obtenir une machine électrique ayant un compromis optimal en termes de puissance, d'encombrement, et de rendement.
Selon une réalisation, le rotor comporte un nombre de paires de pôles compris entre 2 et 6, et valant de préférence 4.
Selon une réalisation, ladite machine électrique comporte un premier système triphasé et un deuxième système triphasé.
Selon une réalisation, le premier système triphasé et le deuxième système triphasé sont couplés chacun en triangle.
Selon une réalisation, le premier système triphasé et le deuxième système triphasé sont couplés chacun en étoile.
Selon une réalisation, chaque pôle est formé par au moins deux aimants permanents formant un angle non nul entre eux.
Selon une réalisation, le bobinage présente une configuration imbriquée, en sorte qu'une épingle qui a une première branche insérée dans une première couche radiale de conducteurs a une deuxième branche insérée dans une troisième couche radiale de conducteurs, et une épingle qui a une première branche insérée dans une deuxième couche radiale de conducteurs a une deuxième branche insérée dans une quatrième couche radiale de conducteurs.
Selon une réalisation, les épingles présentent une configuration non imbriquée, en sorte qu'une épingle qui a une première branche insérée dans une première couche radiale de conducteurs a une deuxième branche insérée dans une deuxième couche radiale de conducteurs, et une épingle qui a une première branche insérée dans une troisième couche radiale de conducteurs a une deuxième branche insérée dans une quatrième couche radiale de conducteurs.
Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante présente une tension de fonctionnement inférieure à 60 Volts, et valant de préférence 48 Volts.
Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante présente une puissance comprise entre 10kW et 30kW, et valant de préférence 15kW.
L'invention a également pour objet un véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte une machine électrique tournante telle que précédemment définie.
Selon une réalisation, la machine électrique tournante est accouplée à une boîte de vitesses ou à un train du véhicule automobile.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.
La figure 1 est une vue en coupe transversale de la machine électrique tournante selon l'invention;
La figure 2 est une vue en perspective d'un stator de la machine électrique tournante selon l'invention;
La figure 3 est une vue en coupe partielle du stator de la figure 2;
Les figures 4a et 4b sont des représentations schématiques de côté illustrant différentes configurations possibles du bobinage statorique.
Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent la même référence d’une figure à l’autre.
La figure 1 montre une machine électrique tournante 10 comportant un stator bobiné 11 qui pourra être polyphasé, entourant co-axialement un rotor 12 ayant un axe de rotation X. Le stator 11 et le rotor 12 sont séparés entre eux par un entrefer s'étendant entre la périphérie externe du rotor 12 et la périphérie interne du stator 11. La machine électrique 10 présente une tension de fonctionnement inférieure à 60 Volts, et valant de préférence 48 Volts. Cette machine électrique 10 présente une puissance comprise entre 10kW et 30kW, et valant de préférence 15kW. Cette machine électrique 10 est particulièrement bien adaptée à un accouplement avec une boîte de vitesses ou avec un train de véhicule automobile, dans le cadre d'application hybrides.
Plus précisément, le rotor 12 d'axe X comporte un corps 14, dit aussi paquet de tôles, formé par un empilement axial de tôles planes afin de diminuer les courants de Foucault. Le corps 14 est réalisé dans un matériau magnétique.
Le rotor 12 comporte en outre des pôles formés par des aimants permanents 15 qui définissent une forme en V. Ces aimants 15 sont disposés à l'intérieur de cavités 17 correspondantes fermées, suivant toutes leurs faces, et en particulier à leur périphérie externe par une portion du paquet de tôle. Une telle configuration du type à aimants enterrés permet de maintenir efficacement les aimants 15 à l'intérieur des cavités 17, même à des vitesses supérieures à 18000 tours/min qui est la vitesse de fonctionnement nominale de la machine électrique 10.
Par forme en V, on entend le fait qu'en coupe transversale, les axes longitudinaux X1 d'au moins un ensemble de deux aimants 15 d'un pôle forment un angle non nul entre eux. Les cavités 17 associées à un pôle sont en l'occurrence distinctes l'une de l'autre. En variante, les cavités 17 pourraient se rejoindre au niveau de la pointe du V.
Avantageusement, les aimants permanents 15 sont réalisés en terres rares. En outre, le rotor 12 comporte un nombre de paires de pôles compris entre 2 et 6 (les valeurs extrêmes étant incluses dans la plage). Suivant un mode de réalisation préférentiel, le nombre de pôles vaut 4.
Par ailleurs, comme on peut le voir sur les figures 2 et 3, le stator 11 comporte un corps 19 et un bobinage 23. Le corps 19 de stator 11 consiste en un empilement axial de tôles planes. Le corps 19 comporte des dents 20 issues d'une culasse 21 qui sont réparties angulairement de manière régulière, tel que montré sur la figure 3.
Ces dents 20 délimitent des encoches 22, de telle façon que chaque encoche 22 est délimitée par deux dents 20 successives. Les encoches 22 débouchent axialement dans les faces d'extrémité axiales du corps de stator 19. Les encoches 22 sont également ouvertes radialement vers l'intérieur du corps de stator 19.
Le stator 11 est muni de pieds de dent 24 du côté des extrémités libres des dents 20. Chaque pied de dent 24 s'étend circonférentiellement de part et d'autre d'une dent 20 correspondante.
Le bobinage 23 est formé à partir d'épingles 26 globalement en forme de U. Ces épingles 26 sont réalisées par exemple en cuivre recouvert d'une couche de matériau isolant, tel que de l'émail. Ces épingles 26 présentent chacune deux branches axiales reliées entre elles par une portion de liaison.
Chaque encoche 22 contient quatre conducteurs 26' correspondant chacun à une portion axiale d’une épingle 26. Les conducteurs 26' présentent avantageusement une section sensiblement rectangulaire. Par sensiblement rectangulaire, on entend le fait que les coins du rectangle pourront être arrondis pour éviter de blesser les épingles 26 lors de leur insertion dans les encoches 22. Les quatre conducteurs 26' sont empilés radialement les uns sur les autres à l’intérieur d’une même encoche 22.
On définit en se déplaçant de l'extérieur vers l'intérieur du stator 11, une première couche radiale de conducteurs C1 qui est la plus proche de la culasse 21, une deuxième couche radiale de conducteurs C2, une troisième couche radiale de conducteur C3, et une quatrième couche radiale de conducteurs C4 qui est la plus proche de l'entrefer.
Le bobinage 23 pourra être de type imbriqué comme cela est montré sur la figure 4a, en sorte qu'une épingle 26 qui a une première branche insérée dans la première couche radiale de conducteurs C1 a une deuxième branche insérée dans la troisième couche radiale de conducteurs C3, et une épingle qui a une première branche insérée dans la deuxième couche radiale de conducteurs C2 a une deuxième branche insérée dans la quatrième couche radiale de conducteurs C4.
En variante, comme cela est illustré par la figure 4b, le bobinage 23 pourra présenter une configuration non imbriquée, en sorte qu'une épingle 26 qui a une première branche insérée dans la première couche radiale de conducteurs C1 a une deuxième branche insérée dans la deuxième couche radiale de conducteurs C2, et une épingle qui a une première branche insérée dans la troisième couche radiale de conducteurs C3 a une deuxième branche insérée dans la quatrième couche radiale de conducteurs C4.
Le bobinage 23 comprend avantageusement un premier système triphasé Ph1-Ph3 et un deuxième système triphasé Ph4-Ph6 qui sont couplés chacun en triangle. Cela permet d'éviter d'avoir à réaliser les connexions des points neutres, ce qui facilite la réalisation de la machine électrique 10. En variante, le premier système triphasé Ph1-Ph3 et le deuxième système triphasé Ph4Ph6 sont couplés chacun en étoile.
Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents.
En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.
Claims (12)
- REVENDICATIONS1. Machine électrique tournante (10), notamment pour véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comporte:- un rotor (12) comportant une pluralité de pôles magnétiques formés par des aimants permanents (15) en terres rares, ces aimants permanents (15) étant disposés à l'intérieur de cavités (17) fermées, et- un stator (11) comportant un corps muni d'encoches (22) et un bobinage (23) formé par des épingles (26) insérées dans les encoches (22), ledit bobinage (23) étant du type quatre conducteurs par encoche.
- 2. Machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce que le rotor (12) comporte un nombre de paires de pôles compris entre 2 et 6, et valant de préférence 4.
- 3. Machine électrique tournante selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comporte un premier système triphasé (Ph1-Ph3) et un deuxième système triphasé (Ph4-Ph6).
- 4. Machine électrique tournante selon la revendication 3, caractérisée en ce que le premier système triphasé (Ph1-Ph3) et le deuxième système triphasé (Ph4-Ph6) sont couplés chacun en triangle.
- 5. Machine électrique tournante selon la revendication 3, caractérisée en ce que le premier système triphasé (Ph1-Ph3) et le deuxième système triphasé (Ph4-Ph6) sont couplés chacun en étoile.
- 6. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que chaque pôle est formé par au moins deux aimants permanents (15) formant un angle non nul entre eux.
- 7. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le bobinage (23) présente une configuration imbriquée, en sorte qu'une épingle (26) qui a une première branche insérée dans une première couche radiale de conducteurs (C1) a une deuxième branche insérée dans une troisième couche radiale de conducteurs (C3), et une épingle qui a une première branche insérée dans une deuxième couche radiale de conducteurs (C2) a une deuxième branche insérée dans une quatrième couche radiale de conducteurs (C4).
- 8. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les épingles (26) présentent une configuration non imbriquée, en sorte qu'une épingle qui a une première branche insérée dans une première couche radiale de conducteurs (C1) a une deuxième branche insérée dans une deuxième couche radiale de conducteurs (C2), et une épingle qui a une première branche insérée dans une troisième couche radiale de conducteurs (C3) a une deuxième branche insérée dans une quatrième couche radiale de conducteurs (C4).
- 9. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle présente une tension de fonctionnement inférieure à 60 Volts, et valant de préférence 48 Volts.
- 10. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle présente une puissance comprise entre 10kW et 30kW, et valant de préférence 15kW.
- 11. Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte une machine électrique tournante (10) telle que définie selon l'une quelconque des revendications précédentes.
- 12. Véhicule automobile selon la revendication 11, caractérisé en ce que la machine électrique tournante (10) est accouplée à une boîte de vitesses ou à un train du véhicule automobile.
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