FR3087591A1 - Inducteur pour chauffer une partie active de machine electrique tournante - Google Patents

Inducteur pour chauffer une partie active de machine electrique tournante Download PDF

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Abstract

La présente invention propose un inducteur comportant : au moins une bobine (12) comprenant au moins une spire (13) et un support (11) portant la bobine. La spire (13) est destinée à être disposée en regard d'un élément à chauffer (100) uniquement sur une portion de la circonférence dudit élément.

Description

INDUCTEUR POUR CHAUFFER UNE PARTIE ACTIVE DE MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE L'invention concerne notamment un inducteur pour chauffer une s partie active de machine électrique tournante.
L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des machines électriques tournantes telles que les alternateurs, les alterno-démarreurs ou encore les machines réversibles ou les moteurs électriques.
On rappelle qu'une machine réversible est une machine électrique tournante apte à travailler de manière réversible, d'une part, comme générateur électrique en fonction alternateur et, d'autre part, comme moteur électrique par exemple pour démarrer le moteur thermique du véhicule automobile.
Une machine électrique tournante comprend un rotor mobile en 15 rotation autour d'un axe et un stator fixe entourant le rotor.
En mode alternateur, lorsque le rotor est en rotation, il induit un champ magnétique au stator qui le transforme en courant électrique afin d'alimenter les consommateurs électriques du véhicule et de recharger la batterie.
En mode moteur, le stator est alimenté électriquement et induit un champ 20 magnétique entraînant le rotor en rotation.
Lors de la fabrication des pièces de la machine électrique tournante, certaines pièces peuvent nécessiter une étape de chauffage.
C'est par exemple le cas du rotor qui peut être chauffé notamment pour faciliter son imprégnation avec une couche isolante protectrice.
25 Cette étape de chauffe est classiquement réalisée par un inducteur.
Un tel inducteur comprend une unique bobine comprenant plusieurs spires et prenant une forme hélicoïdale.
Le rotor est alors disposé au centre de la bobine de sorte que l'axe de la bobine s'étendent dans la même direction que l'arbre du rotor.
30 Le champ magnétique émit par la bobine traverse totalement le rotor en se rebouclant notamment via l'arbre.
La bobine rotorique est donc traversée par ledit champ magnétique ce qui génère des tensions élevées 2 aux bornes du collecteur du rotor et peut occasionner des défauts de qualité dues à la détérioration du plastique du collecteur.
Une solution pour empêcher la détérioration du collecteur est de mettre les bornes électriques de ce dernier en court-circuit.
Cependant, cela demande une étape et un outillage supplémentaires dans le procédé de fabrication du rotor qui sont coûteux et peuvent provoquer des problèmes de fiabilité.
La présente invention vise à permettre d'éviter les inconvénients de l'art antérieur en permettant de chauffer un élément par induction sans le détériorer.
A cet effet, la présente invention a donc pour objet un inducteur comportant au moins une bobine comprenant au moins une spire et un support portant la bobine.
Selon la présente invention, la spire est destinée à être disposée en regard d'un élément à chauffer uniquement sur une portion de la circonférence dudit élément.
On entend par « circonférence » un cercle s'étendant autour de l'élément à chauffer et délimitant son diamètre externe.
Ainsi, la spire n'entoure pas complètement l'élément à chauffer.
Avec cette disposition de spire le champ magnétique émit par la bobine se reboucle sans passer par le centre de l'élément à chauffer.
Ainsi, le champ magnétique traverse uniquement une portion de l'élément à chauffer, en particulier uniquement une portion de surface, c'est-à-dire une portion plus proche de la périphérie externe dudit élément que de son centre.
Dans le cas où l'élément à chauffer est un rotor de machine électrique tournante, le champ magnétique émit par la bobine se reboucle partiellement dans le rotor et sans passer par la bobine rotorique.
Ce qui permet de chauffer le rotor sans impacter le collecteur et ainsi s'affranchir de l'étape de mise en court-circuit de ce dernier.
En effet, lors des essais réalisés avec ce nouveau type d'inducteur, le collecteur présente à ses bornes une tension égale à 100V contre 1400V avec un inducteur tel que décrit dans l'art antérieur.
3 Cet inducteur permet donc le chauffage d'un élément de manière simple, fiable et peu chère.
Selon une réalisation, la bobine s'étend sur une portion de cylindre.
Ainsi, une même bobine n'entoure pas complètement l'élément à chauffer.
5 Selon une réalisation, la bobine forme une spirale qui comporte plusieurs spires.
Selon une réalisation, la spirale est une spirale plate.
Ainsi, la bobine s'étend suivant un unique plan d'extension et toutes les spires sont entièrement comprises dans ce plan d'extension.
10 Selon une réalisation, les spires présentent des dimensions différentes.
En particulier, au moins une spire présente des dimensions plus grandes, ou plus petites selon le sens d'enroulement, que la spire adjacente.
Par dimensions, on entend une longueur d'enroulement.
Selon une réalisation, les spires sont reliées en série.
15 Selon une réalisation, la spirale plate s'étend dans un plan d'extension qui présente une forme courbe, notamment de cylindre.
Ainsi, toute les portions de la spire s'étendent sensiblement à égale distance de l'élément à chauffer.
Cela permet de garantir un chauffage homogène de toutes les portions de l'élément à chauffer en regard de la spire.
20 Selon une réalisation, la spire présente une forme sensiblement rectangulaire.
Alternativement, la spire peut présenter tout type de forme telle que trapézoïdale ou circulaire.
Selon une réalisation, une bobine comprend quatre spires.
Ce nombre de spires est un bon compromis entre les performances 25 électrotechniques de la bobine, qui augmentent lorsque le nombre de spires diminue grâce à la diminution de la résistance de la bobine, et la taille et la puissance du générateur nécessaire à l'alimentation de la bobine qui augmentent lorsque le nombre de spires diminue.
Selon une réalisation, la spire est formée d'un tube creux.
30 Par exemple, le diamètre du tube est constant tout le long de la spire.
Toujours par exemple, le diamètre du tube est égal pour toutes les spires de la bobine.
4 Selon une réalisation, la spire est formée d'un tube creux et un liquide de refroidissement circule à l'intérieur du tube.
Cela permet d'éviter un échauffement de la bobine qui pourrait endommager l'inducteur.
Selon une réalisation, l'inducteur comporte plusieurs bobines.
Cela 5 permet de répartir l'énergie nécessaire pour chauffer l'élément à chauffer entre les bobines et ainsi de diminuer les dimensions desdites bobines.
Selon une réalisation, les bobines sont connectées en parallèle.
Selon une réalisation, les bobines sont identiques.
Cela permet d'homogénéiser le champ magnétique transmis à l'élément à chauffer 113 pour avoir un chauffage uniforme dudit élément.
Alternativement, les bobines peuvent être différentes et présenter, par exemple, différentes formes, dimensions ou nombre de spires.
Selon une réalisation, l'inducteur comporte deux bobines et les deux bobines sont symétriques par rapport à un plan.
Cela permet 15 d'homogénéiser le champ magnétique transmis à l'élément à chauffer pour avoir un chauffage uniforme dudit élément.
Selon une réalisation, l'élément à chauffer s'étend entre les deux bobines de sorte à ce que son centre passe par le plan de symétrie.
Alternativement, l'inducteur peut comporter plus que deux bobines.
20 Selon une réalisation, l'inducteur comprend, en outre, un élément de protection disposé entre l'élément à chauffer et la bobine.
Cela permet de protéger les spires.
Selon une réalisation, l'élément de protection est formé d'une matière non magnétique.
Ainsi, l'élément de protection ne perturbe pas le 25 champ transmis par la bobine à l'élément à chauffer.
La présente invention a également pour objet un procédé de chauffe par induction d'un élément à chauffer comprenant les étapes suivantes : une étape de préparation d'un inducteur tel que précédemment décrit ; une étape de positionnement de l'élément à chauffer dans l'inducteur ; et 30 une étape de chauffe dudit élément.
Selon une réalisation, l'élément à chauffer est une partie active d'une machiné électrique tournante.
Par exemple, l'élément à chauffer est un rotor ou un stator de machine électrique tournante.
5 La présente invention a également pour objet une machine électrique tournante dont au moins une des parties actives a été chauffée par induction en utilisant un inducteur tel que précédemment décrit.
La machine électrique tournante peut, avantageusement, former un 5 alternateur, un alterno-démarreur, une machine réversible ou un moteur électrique.
La présente invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de l'invention et de l'examen des dessins annexés, sur lesquels : io - la figure 1 représente, schématiquement et partiellement, une vue en perspective d'un inducteur selon un exemple de mise en oeuvre de l'invention, - la figure 2 représente, schématiquement et partiellement, une vue en perspective des bobines de l'inducteur de la figure 1, et 15 - la figure 3 représente, schématiquement et partiellement, une vue de face de l'inducteur de la figure 1 comprenant l'élément à chauffer.
Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent les mêmes références d'une figure à l'autre.
On notera également que les différentes figures ne sont pas nécessairement à la même échelle.
20 Les modes de réalisation qui sont décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs ; on pourra notamment imaginer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou 25 pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieur.
En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s'oppose à cette combinaison sur le plan technique.
Dans un tel cas, mention serait faite dans la présente description.
30 La figure 1 représente un inducteur 10 utilisé pour chauffer un élément 100.
L'inducteur 10 comprend un support 11 et une bobine 12 maintenue par le support.
La bobine 12 émet un champ magnétique permettant de chauffer l'élément 100.
6 Dans l'exemple de réalisation illustré sur la figure 1, l'inducteur 10 comprend deux bobines 12 chacune formée de plusieurs spires 13.
Une spire correspond à un tour.
Chaque bobine 12 est agencée de sorte qu'elle soit en regard d'une 5 portion de l'élément à chauffer 100.
Ainsi, chaque spire 13 est en regard de l'élément à chauffer seulement sur une portion de la périphérie externe dudit élément.
On comprendra alors que la bobine n'entoure pas complètement l'élément à chauffer.
La bobine 12 est enroulée de manière à former une spirale plate, io c'est-à-dire que toutes les spires 13 de la même bobine sont contenues sur une même surface.
Comme visible sur la figure 2, la première bobine 12a comprend, ici, quatre spires ainsi une première spire 13a est formée en formant un premier tour, puis une deuxième spire 13b est formée autour de la première spire, une troisième spire 13c est ensuite formée 15 autour de la deuxième spire et une quatrième spire 13d est formée autour de la troisième spire.
Ainsi, les spires présentent des dimensions différentes les uns des autres.
En particulier ici, la première spire 13a présente des dimensions plus petites que celles de la deuxième spire 13b qui présente elle-même des dimensions plus petites que celles de la 20 troisième spire 13c qui présente elle-même des dimensions plus petites que celle de la quatrième spire 13d.
De plus, les spires sont connectées électriquement entre elle en série.
Dans cet exemple, chaque spirale 13 est de forme sensiblement rectangulaire.
On entend par sensiblement rectangulaire, le fait que les 25 angles peuvent présenter des portions arrondies dues aux contraintes de fabrication et le fait que le rectangle n'est pas complètement fermé à cause des connexions avec la ou les spires adjacentes.
La bobine 12 s'étend, ici, sur une portion de cylindre, c'est-à-dire que la surface sur laquelle s'étendent les spires 13 de la même bobine 30 présente une forme courbe.
Dans cet exemple, la deuxième bobine 12b est identique à la première bobine 12a.
De plus, les deux bobines 12a, 12b sont symétriques par rapport à un plan.
Ainsi, la surface d'extension de la 7 première bobine 12a et la surface d'extension de la deuxième bobine 12b forment un cylindre, l'élément à chauffer 100 peut alors s'étendre entre les deux bobines de sorte à ce que son centre passe par le plan de symétrie.
Chaque spire 13 est formée d'un tube sensiblement circulaire et de 5 diamètre constant.
De préférence, ce tube est creux pour permettre le passage d'un liquide de refroidissement.
Par exemple, la bobine 12 est formée d'un unique tube.
Alternativement, la bobine peut être formée de plusieurs tubes reliés électriquement entre eux et notamment de manière étanche pour permettre la circulation du liquide de refroidissement à travers toute la bobine.
Comme visible sur la figure 1, l'inducteur 10 comprend un élément de protection 14 disposé entre l'élément à chauffer 100 et la bobine 12.
Par exemple, l'élément de protection 14 est formé d'une matière non magnétique et isolante électriquement.
Cette matière peut être une 15 matière plastique.
L'élément de protection 14 est, ici, un cylindre de préférence porté par le support 11.
Le support 11 porte également les deux bobines.
Le support 11 est, par exemple, formé d'une plaque 15 à partir de laquelle s'étend des bras 16 pour maintenir les spires 13, un même bras 20 pouvant maintenir plusieurs spires.
Pour ce faire, le bras 16 comportent des rainures 17 adaptées pour loger chacune une portion de spire.
Ainsi, chaque spire 13 s'étend entre l'élément de protection 14 et un bras 16.
L'élément de protection 14 s'étend, ici, à partir de la plaque 15.
L'inducteur comprend également une partie d'entrée 18 des bobines 25 12 et une partie de sortie 19 desdites bobines.
Ces parties d'entrée et de sortie 18, 19 permettent d'alimenter électriquement les bobines et sont ainsi reliées à un générateur électrique (non représenté).
Lesdites parties 18, 19 permettent également de relier les bobines à un circuit de refroidissement pour permettre l'alimentation de l'intérieur des tubes 30 formant les bobines en liquide de refroidissement.
Le support 11 porte, ici les parties 18, 19 vers le générateur et le circuit de refroidissement.
8 De préférence, les bobines 12 sont montées en parallèle.
Ainsi, les parties d'entrée et de sortie 18, 19 permettent également de réaliser cette connexion entre les bobines.
Comme visible sur la figure 3, l'élément à chauffer 100 est maintenu 5 de manière centrée entre les deux bobines 12 et en particulier à l'intérieur de l'élément de protection 14.
Ce maintien peut être réalisé au moyen d'un élément externe à l'inducteur 10 ou au moyen du support 11.
Le champ magnétique 20 émit par les bobines 12 est représenté sur la figure 3 au moyen d'un trait plein en gras.
Ce champ magnétique 20 10 traverse uniquement une portion de l'élément à chauffer 100 et ne passe pas par le centre dudit élément.
Dans l'exemple décrit ici, l'élément à chauffer est une partie active d'une machiné électrique tournante notamment pour véhicule automobile et en particulier un rotor ou un stator.
Cette machine (non représentée) 15 transforme de l'énergie mécanique en énergie électrique, en mode alternateur, et peut fonctionner en mode moteur pour transformer de l'énergie électrique en énergie mécanique.
Cette machine électrique tournante est, par exemple, un alternateur, un alterno-démarreur, une machine réversible ou un moteur électrique.
20 Sur la figure 3, l'élément à chauffer est un rotor de type rotor à griffes.
Par exemple, le rotor est chauffé avant son trempage dans un bain de vernis pour adapter la viscosité du vernis et ainsi avoir une répartition plus homogène du vernis sur le rotor.
La présente invention trouve des applications en particulier pour 25 chauffer par induction un rotor ou un stator de machine électrique tournante mais elle pourrait également s'appliquer à tout autre type d'élément nécessitant un chauffage par induction.
Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Inducteur comportant : - au moins une bobine (12) comprenant au moins une spire (13) et - un support (11) portant la bobine; l'inducteur (10) étant caractérisé en ce que la spire (13) est destinée à être disposée en regard d'un élément à chauffer (100) uniquement sur une portion de la circonférence dudit élément.
  2. 2. Inducteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la bobine (12) s'étend sur une portion de cylindre.
  3. 3. Inducteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bobine (12) forme une spirale qui comporte plusieurs spires (13).
  4. 4. Inducteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la spirale est une spirale plate.
  5. 5. Inducteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la spire (13) présente une forme sensiblement rectangulaire.
  6. 6. Inducteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la spire (13) est formée d'un tube creux et en ce qu'un liquide de refroidissement circule à l'intérieur du tube.
  7. 7. Inducteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs bobines (12).
  8. 8. Inducteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les bobines (12) sont connectées en parallèle. 10
  9. 9. Inducteur selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comporte deux bobines (12a, 12b) et en ce que les deux bobines sont symétriques par rapport à un plan. 5
  10. 10. Inducteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un élément de protection (14) disposé entre l'élément à chauffer (100) et la bobine (12).
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