WO2004017496A2 - Machine electrique tournante a double excitation autorisant un defluxage modulable - Google Patents

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WO2004017496A2
WO2004017496A2 PCT/FR2003/002522 FR0302522W WO2004017496A2 WO 2004017496 A2 WO2004017496 A2 WO 2004017496A2 FR 0302522 W FR0302522 W FR 0302522W WO 2004017496 A2 WO2004017496 A2 WO 2004017496A2
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electric machine
rotating electric
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elementary
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Dokou Antoine Akemakou
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Valeo Equipements Electriques Moteur
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
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    • H02K21/04—Windings on magnets for additional excitation ; Windings and magnets for additional excitation
    • H02K21/042—Windings on magnets for additional excitation ; Windings and magnets for additional excitation with permanent magnets and field winding both rotating
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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Definitions

  • the invention relates to a rotary double excitation electric machine allowing a modular flux reduction, that is to say a control of the power supplied by the machine not necessarily maximum.
  • This rotary electrical machine can be an alternator or an alternator-starter for a motor vehicle.
  • the invention finds applications in all fields requiring the generation of electricity and, in particular, in the automotive field for generating electricity to the on-board network of vehicles with thermal engine or hybrid vehicles.
  • Single-phase or multi-phase alternators and alternator-starters of conventional motor vehicles include, as described for example in document EP-0515 259, a stator inside which rotates a claw rotor provided with an excitation winding. powered by brushes in contact with two slip rings provided on a projecting part of the rotor shaft. The brushes are connected to a voltage regulator controlling the voltage of the excitation winding.
  • the electrical supply to the rotor excitation winding makes it possible to magnetize the rotor and create magnetic fluxes which pass around the strands of the armature winding housed in the notches of the magnetic structure body which the stator presents. These magnetic fluxes generate an induced current in the induced winding of the stator and therefore an electrical power in the machine.
  • the power produced is zero when the electric current in the excitation winding is zero, but the power level that can provide such a machine is limited by its electromagnetic design.
  • Rotating electrical machines make it possible to solve the problems of the techniques mentioned above.
  • These machines described for example in document US-A-563605, comprise rotors comprising both permanent magnets and excitation coils or coils.
  • the permanent magnets are said to be surface since they are installed circumferentially at the outer periphery of the rotor to produce a radial flux.
  • Such rotors, installed on machines having high numbers of poles make it possible to increase the yields obtained with the preceding machines. They also make it possible to reduce, or even cancel, the magnetic flux produced by the magnets and, consequently, the power produced by the machine.
  • the electric machine can supply the electric power only necessary for the on-board motor vehicle network.
  • the current delivered is controlled, using switching means, at the level of the excitation windings.
  • switching means make it possible to selectively reverse the direction of excitation of the windings in order to reduce or cancel the flux of the magnets.
  • These switching means consist of a semiconductor switching bridge, called an H-bridge.
  • Such an H-bridge has the disadvantage of being expensive.
  • FIGS. 1a to 1b show an embodiment of a mixed rotor 200 described in document EP-A-0 942 510 and comprising at its outer periphery surface permanent magnets with radial flux.
  • This rotor here of annular shape, comprises twelve poles 1 to 12, including three poles with permanent magnets 1, 5 and 9, three poles with windings or excitation coils 3, 7 and 11 and six poles with reluctance 2, 4, 6, 8, 10 and 12.
  • the reluctance poles are the intermediate poles through which circulate the magnetic fluxes emitted by the magnets and / or the poles with excitation windings.
  • These poles with excitation windings are each delimited by two notches in each of which is housed a wire, for example a copper wire, wound around the pole concerned for formation of the excitation winding with the interposition of an insulator.
  • These salient poles here each have at their outer periphery an enlarged head for forming retaining shoulders for the associated excitation winding.
  • the poles with permanent magnets are delimited circumferentially at each of their circumferential ends by a shallow empty notch.
  • the poles with permanent magnets each comprise at least one circumferentially oblong-shaped housing for mounting a permanent magnet.
  • the magnets are surface-mounted and are located in the vicinity of the external periphery of the rotor to produce a radial magnetic flux.
  • the reluctance poles each advantageously have at their outer periphery a circumferential projection directed towards the pole with adjacent excitation winding to radially retain the excitation winding.
  • Two reluctance poles are installed on either side of a permanent magnet pole, while an excitation winding pole is located between two consecutive reluctance poles.
  • poles with excitation windings will be referred to below. after also wound poles and permanent magnet poles magnet poles.
  • the wound poles When they are not excited or activated by the passage of an electric current, the wound poles react like reluctance poles, i.e. they have no effect on the direction of the magnetic flux emitted by permanent magnets.
  • the magnetic polarities observed in the rotor are those noted in FIG. 1a, namely S (South) for the magnet poles and N (North) for the other poles.
  • each magnet produces two magnetic fluxes F3 which are each divided into two magnetic fluxes F1 and F2 towards, on the one hand, the reluctance poles 2, 4, 6, 8, 10 and 12 and on the other hand, towards the wound poles 3 - 7 and 11 which are not excited and behave like reluctance poles.
  • the rotary electrical machine comprises a polyphase stator provided with a body made of magnetic material, also called a carcass, provided with notches, preferably semi-closed at the internal periphery of the stator , which receive the strands of the armature windings that comprise the stator.
  • notches are separated from each other by teeth, also called poles.
  • the aforementioned flows F1 to F3 pass through the teeth of the stator, a small air gap existing between the stator and the rotor.
  • the calibration is determined as a function of the magnets and, more precisely, of the size, type, number and location of the magnets in the machine.
  • Calibration (called Ibase below) is the level of basic power that the machine can provide only with permanent magnets, that is to say when the windings are not energized. Such a machine can provide, for example, in alternator mode, a basic current of 45 amps.
  • the total electric power supplied by the machine increases compared to the power supplied by the magnets alone. If the magnets provide alone, for example an intensity of 45 amperes, then the total intensity supplied by the machine will be for example 90 amperes.
  • defluxing This characteristic which consists in being able to control the power supplied by the machine, is called defluxing.
  • This defluxing can be controlled as a function of the speed of rotation of the rotor.
  • the magnetic flux produced at the level of the rotor can either be reduced markedly, or be canceled completely, according to the values and direction of the currents supplied to the excitation windings of the rotor.
  • These machines can therefore produce a power which can vary between a base power, produced by the magnets alone and a maximum power produced by the magnets and the coils.
  • the power produced can vary between a zero or almost zero value and a maximum value, it is two values being located on either side of the base power produced by magnets alone.
  • the choice of the number of magnets becomes an important criterion in order to be able to provide the basic power which the application needs, at the average speed of rotation of the desired machine, without injecting current. in the excitation coils in order to optimize the yield.
  • the object of the invention is precisely to remedy, in a simple and economical manner, the problems described above.
  • An object of the invention is to propose rotor structures with double excitation whose base power produced is modular.
  • the rotor comprises poles with permanent magnets and poles with excitation windings, placed so as to produce a particular elementary pattern which can be reproduced several times on the rotor.
  • the number of magnets and the number of excitation coils as well as their respective locations and the number of elementary patterns can be modified as a function of the desired base power in the machine.
  • the invention relates to a rotary electrical machine comprising a rotor having a body made of magnetic material, a stator surrounding the rotor, the stator comprising at least one armature winding, housed in notches made in the magnetic body that presents the stator, and the rotor being provided with means for selectively establishing closed magnetic circuits passing around the armature winding, these means including:
  • - permanent excitation magnets capable of establishing magnetic fluxes having, in the direction of movement of the rotor, components of opposite directions, and - excitation coils housed in notches of the rotor, adapted to be excited and to generate magnetic flux components opposing the magnetic fluxes generated in the magnets.
  • the machine of the invention is characterized in that the number (Na) of permanent magnets and the number (Nb) of excitation coils as well as the arrangement of the coils and magnets with respect to each other form a pattern elementary, this elementary pattern being able to be repeated a number (Nme) of times, these numbers Na of magnets, Nb of coils and Nme of elementary patterns being modifiable as a function, on the one hand, of a desired basic intensity in the machine, this basic intensity being determined when the windings are not energized and, on the other hand, of a desired modulation intensity in the machine, this modulation intensity being determined when the windings are energized.
  • Preferred, but not limiting, aspects of the machine according to the invention are as follows: - Na is greater than or equal to 1, Nb is greater than or equal to 1, Nme is greater than or equal to 1 and the torque of number Na, Nb is different from 1, 1.
  • the Na magnets of the same elementary pattern are arranged to generate a radial magnetic flux.
  • At least two consecutive magnets are separated by at least one reluctance pole.
  • At least two consecutive wound poles are separated by at least one reluctance pole.
  • At least one coiled pole and a magnet are separated by at least one reluctance pole.
  • At least two consecutive elementary patterns Between at least two consecutive elementary patterns, a succession of at least a pair of North-South or South-North poles created by at least one magnet is inserted. - At least one magnet interposed between two consecutive elementary patterns is of different polarity from the at least one magnet belonging to at least one elementary pattern.
  • the modulation intensity (Imod) is included in an interval between -Ib and + lb, where Ib is the maximum magnetic intensity provided by the Nb coils.
  • FIG. 1a to 1b are schematic cross-sectional views of an example of a twelve-pole machine according to the prior art respectively in a state of non-excitation of the excitation windings and in a state of excitation of the windings.
  • - Figure 2 is a schematic cross-sectional view of a first embodiment of a twelve-pole machine according to the invention.
  • FIG. 3 is a view similar to Figure 2 for a second embodiment of a twelve-pole machine according to the invention.
  • - Figure 4 schematically illustrates in developed form a variant embodiment of the invention of the rotor part of a machine according to FIG. 2.
  • FIG. 5 schematically illustrates in developed form an alternative embodiment of the invention of the rotor part of a machine according to FIG. 3.
  • N and S are used, as in Figures 1a and 1b, to designate a North Pole and a South Pole respectively.
  • the invention relates to a rotating double excitation electric machine, in which it is possible to modulate the base power emitted by the magnets alone as well as the defluxing.
  • the basic power is supplied by the permanent magnets alone, that is to say when the excitation coils or excitation coils are not electrically supplied.
  • This basic power corresponds to the calibration of the machine. It depends on the number of magnets in the machine and also on the positioning of the magnets in the rotor (radial, orthoradial, etc.).
  • the invention proposes to modulate the base power by playing on the number Na of magnets, the number Nb of windings and a number Nme of elementary patterns.
  • Na is greater than or equal to 1
  • Nb is greater than or equal to 1
  • Nme is greater than or equal to 1
  • the pair of numbers Na, Nb is other than 1.1.
  • An elementary pattern is a set of magnets and coils associated with a particular order and distributed over all or part of the contour of the rotor.
  • An elementary pattern can be repetitive, that is to say it can be associated with one or more other identical elementary patterns.
  • An elementary pattern can also be associated with one or more other different elementary patterns.
  • the base power varies depending on the number of Na magnets in each elementary pattern and of the number Nme of elementary patterns on the contour of the rotor.
  • the modulation power called Imod, depends on the number of windings Nb and on the number Nme of elementary patterns present on the contour of the rotor.
  • Imod depends on the number of windings Nb and on the number Nme of elementary patterns present on the contour of the rotor.
  • the configuration of the rotor will be such that the negative or positive defluxing produced by the wound poles, or poles with excitation windings, will be partial or total.
  • FIG. 2 shows an example of a rotor according to the invention.
  • This rotor has twelve poles distributed in two elementary patterns, each elementary pattern comprising two magnet poles and a wound pole.
  • the rotation shaft 15 is shown, of which the rotor is integral, having for this purpose a body made of magnetic material integral with this shaft.
  • the elementary patterns me1 and me2 comprise a first permanent magnet pole 30, 24 followed by a first reluctance pole 31, 25, a second magnet pole 20, 26, a second reluctance pole 21, 27 d 'a wound pole 22, 28 and finally a third reluctance pole 23, 29.
  • two magnets are separated by at least one reluctance pole.
  • a wound pole and a magnet pole are separated by at least one reluctance pole.
  • the first and second magnet poles are here identical and similar to the poles 1 of FIG. 1 a.
  • the second and third reluctance poles are similar to poles 2 and 4 of Figure 1a so that the wound pole is similar to that of this Figure 1a.
  • the first reluctance pole is delimited at its outer periphery circumferentially by two shallow empty notches of the type of those of FIG. 1a.
  • the magnets are therefore oriented so as to provide here a north radial polarity.
  • the polarities of the elementary pattern are: NSNSSS.
  • the windings are positively excited, the following succession of magnetic poles is obtained: NSNSNS, the coiled pole passing from a South polarity to a North polarity.
  • the defluxing is positive and the power supplied is greater than the base power supplied by the magnets alone.
  • the two patterns me1 and me2 are identical, placed circumferentially one after the other.
  • FIG. 2 represents a first embodiment of the invention in negative flux-reduction mode and in which the coils are activated by an excitation current flowing in the opposite direction.
  • the wound poles remain South poles and generate a defluxing magnetic flux Fd which cancels part of the flux (Fs) emitted by the magnets closest to this wound pole.
  • Such a machine will not carry out a total negative defluxing via the excitation coils and will advantageously find applications in which one very often uses about 2/3 of the maximum power of the machine corresponding to an almost zero excitation for this power. .
  • FIG. 3 shows a second example of a rotor according to the invention.
  • This rotor has twelve poles distributed in two identical elementary patterns me3 and me4, each comprising a magnet pole and two wound poles.
  • the elementary patterns me3 and me4 first include a magnet pole 40, 46 followed by a first reluctance pole 41, 47, then a first wound pole 42, 48, a second reluctant pole 43, 49, a second wound pole 44, 50 and a third reluctant pole 45, 51.
  • two wound poles are separated by at least one reluctance pole.
  • a wound pole and a magnet pole are separated by at least one reluctance pole.
  • the poles 40, 46 are similar to the poles 20, 30, 34, 26 of FIG. 2, while the reluctance poles are similar to those of FIG. 1a.
  • the polarities of the elementary pattern are: NSSSSS-NSSSSS for a 12-pole rotor.
  • your polarities become: NSNSNS and the machine provides a power greater than the base power supplied by the magnets alone.
  • the number of Na magnets is less than the number of windings Nb.
  • This exemplary embodiment illustrates another means of achieving partial negative defluxing when all the magnets can be completely subjected to the magnetic flux of the wound poles.
  • the priming speed can be modified and by modulating the numbers Na of magnets, Nb of windings and Nme of patterns, the defluxing of the rotor is controlled.
  • modulations can be made according to predefined criteria such as the type of engine to be powered, the number of electrical equipment and electrical consumers of the vehicle, the desired safeties (not overheating of the battery, etc.).
  • modulations can also be made according to the size of the rotor. Indeed, in certain cases where the size of the rotor is limited, it is not possible to have, for example, sixteen poles but only twelve or even less; in this case it is interesting to have more magnets than coils or a particular distribution of magnets and coils, because a coil takes up more space than a magnet. On the other hand, a magnet has a higher cost price than a coil. Consequently, the more magnets are placed in an elementary pattern, the more the rotor has a high cost price.
  • all the coils belonging to the same elementary pattern are not fed simultaneously, as shown for example in FIG. 3.
  • one coil is fed on two.
  • this defluxing being able to be total or partial.
  • a succession of magnetic poles N-S or S-N created by at least one magnet for example having a radial effect as shown in FIGS. 4 and 5, is inserted.
  • FIG. 4 illustrates a variant of FIG. 2 in which between the elementary patterns me1 and me2, constituted respectively by the poles 1 to 6 and 9 to 16, two South-North poles have been inserted at the level of the poles 7.8 and 15.16.
  • me1 and me2 constituted respectively by the poles 1 to 6 and 9 to 16
  • two South-North poles have been inserted at the level of the poles 7.8 and 15.16.
  • the magnetic poles added between two elementary patterns must advantageously be arranged so as to obtain a succession of poles NSNSNS ... when the excitation current is positive so as to obtain a maximum power output.
  • FIG. 5 illustrates another exemplary embodiment of the variant produced from the embodiment of FIG. 3.
  • me3 and me4 there is inserted between the two elementary patterns me3 and me4, at poles 7 and 8 and 15 and 16, two North-South magnetic poles.
  • these magnets inserted between two elementary patterns can be of different polarity to the magnets belonging to the elementary patterns. Even two, the magnets interposed between the elementary patterns can also be of reverse polarities.
  • a rotor with mixed excitation may comprise between at least one elementary pattern at least one North-South pole made by at least one magnet whose polarity and its position advantageously allows the electric machine to produce a maximum power during a flux removal. positive.
  • a North-South pole interposed between at least one elementary pattern can be constituted by two contiguous magnets of opposite polarity.
  • This arrangement constitutes a variant of the previously described intercalated north-south poles constituted by a magnet pole and a reluctance pole.
  • the rotor 200 comprises a body of magnetic material provided, on the one hand, with notches for housing the excitation windings and, on the other hand, housings for the mounting permanent magnets.
  • the notches are grouped in pairs to delimit the salient poles 22, 28, 42,43, 44,48, 49, 50 around which electrical wires, for example copper, are wound, to form the excitation windings.
  • the rotor body is produced in the form of a packet of sheets perforated centrally for forced mounting on the shaft 15, advantageously knurled for this purpose.
  • the aforementioned notches and housings are therefore easily produced by cutting.
  • Passages are made below at least one magnet ( Figures 2 and 3) for passage of assembly members, such as tie rods, sheets.
  • the excitation windings have an oblong shape axially. Note the presence of openings (not referenced) in the vicinity of the shaft 15 ( Figures 2 and 3) for channeling the magnetic fluxes and forming closed magnetic circuits also circulating in the stator of the machine described below.
  • the housings of the magnets extend at the external periphery of the rotor and generally have a section of rectangular shape whose lengths are perpendicular to a radius of the rotor.
  • the magnets advantageously have a shape complementary to their housings by being, as mentioned above, surface to generate radial magnetic fluxes.
  • other arrangements can be provided to create radial magnetic fluxes.
  • the rotary electrical machine comprises, as mentioned above, a stator 100 at least partially surrounding the rotor 200 and provided with a body 101 of magnetic material, for example in the form of a package of sheets.
  • This stator 100 is advantageously polyphase and therefore comprises armature windings 103 mounted in notches 102 produced in its body 101. The notches
  • teeth 104 which receive the magnetic flux emitted by the rotor and which passes through a small annular air gap present between the external periphery of the rotor and the internal periphery of the stator. It is for this reason that the magnetic fluxes have been represented by loops.
  • Permanent magnets consist, for example, of ferrites or rare earths or a combination of the two.
  • the electric machine is in one embodiment an alternator of a motor vehicle making it possible to transform mechanical energy into electrical energy, its stator being an induced stator and the rotor an inductive rotor.
  • the alternator is reversible and is therefore configured to constitute an electric motor making it possible in particular to start the heat engine of the motor vehicle. This type of alternator is called an alternator-starter.

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Abstract

L'invention concerne une machine électrique tournante comportant un stator entourant un rotor comportant des aimants permanents d'excitation (20, 24, 26, 30) aptes à établir des flux magnétiques, et des bobinages d'excitation (22, 28), pouvant ou non être excités et engendrer des composantes de flux pouvant s'opposer aux flux engendrés dans les aimants, dans laquelle le nombre (Na) d'aimants et le nombre (Nb) de bobinages d'excitation ainsi que la disposition des bobinages et des aimants les uns par rapport aux autres forment un motif élémentaire (me), ces nombres Na d'aimants, Nb de bobinages et Nme de motifs élémentaires étant modifiables en fonction, d'une part, d'une intensité de base (Ibase) souhaitée dans la machine, cette intensité de base étant déterminée lorsque les bobinages ne sont pas excités et, d'autre part, d'une intensité de modulation (Imod) souhaitée dans la machine, cette intensité de modulation étant déterminée lorsque les bobinages sont excités.

Description

Machine électrique tournante à double excitation autorisant un défluxage modulable
Domaine de l'invention
L'invention concerne une machine électrique tournante à double excitation permettant un défluxage modulable, c'est-à-dire un contrôle de la puissance fournie par la machine non nécessairement maximale. Cette machine électrique tournante peut être un alternateur ou un alterno- démarreur pour véhicule automobile.
D'une manière générale, l'invention trouve des applications dans tous les domaines nécessitant la génération d'électricité et, en particulier, dans le domaine de l'automobile pour générer l'électricité au réseau de bord des véhicules à moteur thermique ou des véhicules hybrides.
Etat de la technique
Les alternateurs monophasés ou polyphasés ainsi que les alterno- démarreurs de véhicules automobiles conventionnels comportent, tel que décrit par exemple dans le document EP-0515 259, un stator à l'intérieur duquel tourne un rotor à griffes pourvu d'un bobinage d'excitation alimenté par des balais en contact avec deux bagues collectrices prévues sur une partie en saillie de l'arbre du rotor. Les balais sont reliés à un régulateur de tension pilotant la tension du bobinage d'excitation. L'alimentation électrique du bobinage d'excitation du rotor permet de magnétiser le rotor et de créer des flux magnétiques qui passent autour des brins du bobinage d'induit logés dans les encoches du corps de structure magnétique que présente le stator. Ces flux magnétiques permettent de générer un courant induit dans le bobinage induit du stator et donc une puissance électrique dans la machine. Avec un tel rotor, la puissance produite est nulle lorsque le courant électrique dans le bobinage d'excitation est nul, mais le niveau de puissance que peut fournir une telle machine est limité de par sa conception électromagnétique. Pour améliorer l'efficacité de la machine, il est connu, par exemple par le document EP-803962, de réaliser les champs d'excitation du rotor avec des aimants permanents.
Cette disposition dans laquelle le rotor ne comporte que des aimants permanents pour son excitation limite la mise en œuvre de la machine car il n'est pas possible de moduler l'excitation du rotor.
Des machines électriques tournantes permettent de résoudre les problèmes des techniques évoquées précédemment. Ces machines, décrites par exemple dans le document US-A-563605, comportent des rotors comprenant à la fois des aimants permanents et des bobinages ou bobines d'excitation. Les aimant permanents sont dit surfaciques car ils sont implantés de manière circonférentielle à la périphérie externe du rotor pour produire un flux radial. On parle alors d'excitation mixte ou encore de double excitation. De tels rotors, mis en place sur des machines ayant des nombres de pôles élevés, permettent d'augmenter les rendements obtenus avec les machines précédentes. Ils permettent aussi de diminuer, voire d'annuler, le flux magnétique produit par les aimants et, par conséquent, la puissance produite par la machine. Ainsi, la machine électrique peut fournir la puissance électrique uniquement nécessaire au réseau de bord de véhicule automobile.
Dans de telles machines, le courant délivré est contrôlé, à l'aide de moyens de commutation, au niveau des bobinages d'excitation. Ces moyens de commutation permettent d'inverser sélectivement le sens de l'excitation des bobinages afin de diminuer ou d'annuler le flux des aimants. Ces moyens de commutation consistent en un pont de commutation à semiconducteurs, appelé pont en H. Un tel pont en H présente l'inconvénient de présenter un coût élevé.
Pour résoudre ce problème de coût, une machine a été réalisée dans laquelle la puissance délivrée par la machine électrique varie en injectant dans les bobinages d'excitation du rotor à aimants permanents un courant unidirectionnel évoluant entre une valeur essentiellement nulle et une valeur maximale qui permet de délivrer respectivement une énergie limitée et une énergie maximale. Une telle machine est décrite dans la demande de brevet EP-A-0 942 510 déposée au nom de la demanderesse.
On a représenté, aux figures 1a à 1b un mode de réalisation de rotor mixte 200 décrit dans le document EP-A-0 942 510 et comprenant à sa périphérie externe des aimants permanents surfaciques à flux radial.
Ce rotor, ici de forme annulaire, comporte douze pôles 1 à 12, dont trois pôles à aimants permanents 1, 5 et 9, trois pôles à bobinages ou bobines d'excitation 3, 7 et 11 et six pôles à reluctance 2, 4, 6, 8, 10 et 12. Les pôles à reluctance sont les pôles intermédiaires par lesquels circulent les flux magnétiques émis par les aimants et/ou les pôles à bobinage d'excitation. Ces pôles à bobinages d'excitation sont délimités chacun par deux encoches dans chacune desquelles est logé un fil, par exemple un fil de cuivre, bobiné autour du pôle concerné pour formation du bobinage d'excitation avec interposition d'un isolant. Ces pôles saillants comportent ici chacun à leur périphérie externe une tête élargie pour formation d'épaulements de retenue du bobinage d'excitation associé. Les pôles à aimants permanents sont délimités circonférentiellement à chacune de leurs extrémités circonférentielles par une encoche vide peu profonde. Les pôles à aimants permanents comportent chacun au moins un logement circonférentiellement de forme oblongue pour le montage d'un aimant permanent. De manière précitée les aimants sont surfaciques et sont implantés au voisinage de la périphérie externe du rotor pour produire un flux magnétique radial. Les pôles à reluctance présentent avantageusement chacun à leur périphérie externe une saillie circonférentielle dirigée vers le pôle à bobinage d'excitation adjacent pour retenir radialement le bobinage d'excitation.
Deux pôles à reluctance sont implantés de part et d'autre d'un pôle à aimant permanent, tandis qu'un pôle à bobinage d'excitation est implanté entre deux pôles consécutifs à reluctance.
Par simplicité les pôles à bobinage d'excitation seront appelés ci- après également pôles bobinés et les pôles à aimants permanents pôles à aimants.
Lorsqu'ils ne sont pas excités ou activés par passage d'un courant électrique, les pôles bobinés réagissent comme des pôles à reluctance, c'est-à-dire qu'ils n'ont aucun effet sur le sens du flux magnétique émis par les aimants permanents. Dans ce cas, les polarités magnétiques observées dans le rotor sont celles notées sur la figure 1a, à savoir S (Sud) pour les pôles à aimants et N (Nord) pour les autres pôles. On obtient ainsi, lorsque les bobinages de la machine ne sont pas excités, des motifs appelés motifs élémentaires qui sont SNNN SNNN SNNN pour une machine à 12 pôles. Ainsi lorsque la machine n'est pas excitée, chaque aimant produit deux flux magnétiques F3 qui se répartissent chacun en deux flux magnétiques F1 et F2 vers, d'une part, les pôles à reluctance 2, 4, 6, 8, 10 et 12 et d'autre part, vers les pôles bobinés 3 - 7 et 11 non excités et se comportant comme des pôles à reluctance.
En se reportant au document EP 0942 510 précité, on notera que la machine électrique tournante comporte un stator polyphasé doté d'un corps en matériau magnétique, appelé également carcasse, doté d'encoches, de préférence semi-fermées à la périphérie interne du stator, qui reçoivent les brins des bobinages d'induit que comporte le stator.
Ces encoches sont séparées les unes des autres par des dents, appelées également pôles. Les flux F1 à F3 précités passent par les dents du stator, un faible entrefer existant entre le stator et le rotor.
Lorsque les bobines ou bobinages d'excitation, dits par simplicité aussi bobinages, sont excités, figure 1 b, alors ils engendrent chacun un flux magnétique FD, qui s'oppose à la propagation des flux magnétiques F2 des aimants vers les pôles bobinés qui sont situés entre les deux brins d'un même bobinage, tandis que ce flux magnétique FD, créé par les bobinages renforce au contraire le flux F1 qui va se diriger de chaque aimant vers chacun des pôles à reluctance qui encadrent chaque pôle bobiné ou à aimant. On comprend ainsi que, lorsque les bobinages sont activés par passage d'un courant électrique, ils présentent un pôle Sud alors qu'ils présentaient un pôle Nord lorsqu'ils n'étaient pas excités et inversement. Les pôles du rotor vont donc adopter une configuration magnétique NSNSNSNSNSNS qui permet d'assurer un transfert d'énergie vers le stator qui croît progressivement avec le courant d'excitation dans les bobinages.
Dans cette machine, comme dans toutes les machines à double excitation actuellement connues, le calibrage est déterminé en fonction des aimants et, plus précisément, de la taille, du type, du nombre et de l'emplacement des aimants dans la machine. Le calibrage (appelé Ibase plus loin) est le niveau de la puissance de base que peut fournir la machine uniquement avec les aimants permanents, c'est-à-dire lorsque les bobinages ne sont pas excités. Une telle machine peut fournir, par exemple, en mode alternateur, une intensité de base de 45 ampères.
Lorsque les bobinages sont activés ou excités par le passage d'un courant électrique, alors la puissance électrique totale fournie par la machine augmente par rapport à la puissance fournie par les aimants seuls. Si les aimants fournissent seuls, par exemple une intensité de 45 ampères, alors l'intensité totale fournie par la machine sera par exemple de 90 ampères.
Cette caractéristique qui consiste à pouvoir contrôler la puissance fournie par la machine, s'appelle le défluxage. Ce défluxage peut être contrôlé en fonction de la vitesse de rotation du rotor. Dans les machines qui viennent d'être décrites, le flux magnétique produit au niveau du rotor peut soit être diminué nettement, soit être annulé complètement, selon les valeurs et sens des courants fournis aux bobinages d'excitation du rotor. Lorsque le défluxage permet d'accroître la puissance fournie par la machine par rapport à puissance fournie uniquement avec les aimants seuls, alors on parlera d'un défluxage positif. Dans le cas contraire, on parlera d'un défluxage négatif.
Ces machines peuvent donc produire une puissance pouvant varier entre une puissance de base, produite par les aimants seuls et une puissance maximum produite par les aimants et les bobinages.
Lorsque qu'une machine possède un dispositif tel qu'un pont en H précité pour inverser le courant d'excitation des bobines du rotors, alors la puissance produite peut varier entre une valeur nulle ou quasiment nulle et une valeur maximum, c'est deux valeurs étant situées de part et d'autre de la puissance de base produite par les aimants seuls. Cependant, en fonction des applications, il est intéressant de pouvoir disposer de différentes structures dont la puissance de base produite par les aimants seuls soit modulable.
Ainsi, pour effectuer un bon calibrage de la machine, le choix du nombre des aimants devient un critère important pour pouvoir fournir la puissance de base dont a besoin l'application, à la vitesse de rotation moyenne de la machine souhaitée, sans injecter de courant dans les bobines d'excitation afin d'optimiser le rendement.
Exposé de l'invention
L'invention a justement pour but de remédier, de manière simple et économique, aux problèmes décrits précédemment.
Un but de l'invention est de proposer des structures de rotor à double excitation dont la puissance de base produite soit modulable.
Pour cela, le rotor comporte des pôles à aimants permanents et des pôles à bobinages d'excitation, placés de façon à réaliser un motif élémentaire particulier pouvant être reproduit plusieurs fois sur le rotor. En d'autres termes, dans l'invention, le nombre d'aimants et le nombre de bobinages d'excitation ainsi que leurs emplacements respectifs et le nombre de motifs élémentaires sont modifiables en fonction de la puissance de base souhaitée dans la machine. De façon plus précise, l'invention concerne une machine électrique tournante comportant un rotor présentant un corps en matériau magnétique, un stator entourant le rotor, te stator comportant au moins un bobinage d'induit, logé dans des encoches réalisées dans le corps magnétique que présente le stator, et le rotor étant doté de moyens pour sélectivement établir des circuits magnétiques fermés passant autour du bobinage d'induit, ces moyens comportant :
- des aimants permanents d'excitation aptes à établir des flux magnétiques ayant, selon la direction de déplacement du rotor, des composantes de sens opposés, et - des bobinages d'excitation logés dans des encoches du rotor, adaptés à être excités et à engendrer des composantes de flux magnétique s'opposant aux flux magnétiques engendrés dans les aimants.
La machine de l'invention se caractérise par le fait que le nombre (Na) d'aimants permanents et le nombre (Nb) de bobinages d'excitation ainsi que la disposition des bobinages et des aimants les uns par rapport aux autres forment un motif élémentaire, ce motif élémentaire pouvant être répété un nombre (Nme) de fois, ces nombres Na d'aimants, Nb de bobinages et Nme de motifs élémentaires étant modifiables en fonction, d'une part, d'une intensité de base souhaitée dans la machine, cette intensité de base étant déterminée lorsque les bobinages ne sont pas excités et, d'autre part, d'une intensité de modulation souhaitée dans la machine, cette intensité de modulation étant déterminée lorsque les bobinages sont excités.
Des aspects préférés, mais non limitatifs, de la machine selon l'invention sont les suivants : - Na est pius grand ou égal à 1, Nb est plus grand ou égal à 1, Nme est plus grand ou égal à 1 et le couple de nombre Na, Nb est différent de 1 ,1.
- les aimants Na d'un même motif élémentaire sont agencés pour générer un flux magnétique radial.
- tes aimants d'un même motif élémentaire sont de même polarité. - les pôles bobinés d'un même motif élémentaire sont de même polarité.
- au sein d'un motif élémentaire, au moins deux aimants consécutifs sont séparés par au moins un pôle à reluctance.
- au sein d'un motif élémentaire, au moins deux pôles bobinés consécutifs sont séparés par au moins un pôle à reluctance.
- au sein d'un motif élémentaire, au moins un pôle bobiné et un aimant consécutifs sont séparés par au moins un pôle à reluctance.
- les brins de bobinage d'une bobine appartenant à un motif élémentaire sont reçus dans deux encoches adjacentes situées entre deux aimants consécutifs. - plusieurs motifs élémentaires sont associés les uns aux autres.
- les motifs élémentaires sont différents.
- entre au moins deux motifs élémentaires consécutifs, on insère une succession d'au moins un couple de pôles Nord-Sud ou Sud-Nord crées par au moins un aimant. - au moins un aimant intercalé entre deux motifs élémentaires consécutifs est de polarité différente du au moins un aimant appartenant à au moins un motif élémentaire.
- les Nb bobinages ne sont pas tous excités simultanément.
- l'intensité de modulation (Imod) est comprise dans un intervalle entre -Ib et +lb, où Ib est l'intensité maximale magnétique fournie par les Nb bobinages.
- il subsiste un flux magnétique résiduel (Fr) provenant des aimants non soumis à l'influence du flux magnétique (Fd) de défluxage produit par les bobines d'excitation.
Brève description des figures
- les figures 1a à 1b, déjà décrites, sont des vues schématiques en coupe transversale d'un exemple d'une machine à douze pôles selon l'art antérieur respectivement dans un état de non excitation des bobinages d'excitation et dans un état d'excitation des bobinages. - la figure 2 est une vue schématique en coupe transversale d'un premier exemple de réalisation d'une machine à douze pôles selon l'invention.
- la figure 3 est une vue analogue à la figure 2 pour un second exemple de réalisation d'une machine à douze pôles selon l'invention. - la figure 4 illustre schématiquement sous forme développée une variante de réalisation de l'invention de la partie rotor d'une machine selon la figure 2.
- la figure 5 illustre schématiquement sous forme développée une variante de réalisation de l'invention de la partie rotor d'une machine selon la figure 3.
Description détaillée de modes préférentiels de réalisation de l'invention
Dans les figures 2 à 5 N et S sont utilisés, comme dans les figures 1a et 1b, pour désigner respectivement un pôle Nord et un pôle Sud. L'invention concerne une machine électrique tournante à double excitation, dans laquelle il est possible de moduler la puissance de base émise par les aimants seuls ainsi que le défluxage.
La puissance de base est fournie par les aimants permanents seuls, c'est-à-dire lorsque les bobines d'excitation ou bobinages d'excitation ne sont pas alimentés électriquement. Cette puissance de base correspond au calibrage de la machine. Elle dépend du nombre d'aimants dans la machine et aussi du positionnement des aimants dans le rotor (radial, orthoradial, etc.).
L'invention propose de moduler la puissance de base en jouant sur le nombre Na d'aimants, le nombre Nb de bobinages et un nombre Nme de motifs élémentaires. De préférence Na est plus grand ou égal à 1 , Nb est plus grand ou égal à 1 , Nme est plus grand ou égal à 1 et le couple de nombre Na, Nb est différent de 1,1. Un motif élémentaire est un ensemble d'aimants et de bobinages associés avec un ordre particulier et répartis sur la totalité ou sur une partie du contour du rotor. Un motif élémentaire peut être répétitif, c'est-à-dire qu'il peut être associé à un ou plusieurs autres motifs élémentaires identiques. Un motif élémentaire peut aussi être associé à un ou plusieurs autres motifs élémentaires différents.
La puissance de base, dite Ibase, varie en fonction du nombre d'aimants Na dans chaque motif élémentaire et du nombre Nme de motifs élémentaires sur le contour du rotor. Ainsi, en modulant le nombre d'aimants dans un motif élémentaire et en modulant le nombre de motifs élémentaires, il est possible de faire varier l'intensité de base de la machine. La puissance de modulation, dite Imod, dépend du nombre de bobinages Nb et du nombre Nme de motifs élémentaires présents sur le contour du rotor. Ainsi, en modulant le nombre de bobinages dans un motif élémentaire et en modulant le nombre de motifs élémentaires, il est possible de faire varier l'intensité de modulation de la machine. On comprend ainsi que plus le nombre de pôles du rotor est important, plus il y a de motifs élémentaires possibles et donc plus il y a de valeurs possibles pour l'intensité de base et l'intensité de modulation.
Il est possible, selon l'invention d'associer plusieurs motifs élémentaires les uns aux autres, c'est-à-dire de placer plusieurs motifs élémentaires différents, ou semblables, les uns à coté des autres sur le contour du rotor. Ainsi selon J'invention, la configuration du rotor sera telle que le défluxage négatif ou positif réalisé par les pôles bobinés, ou pôles à bobinages d'excitation, sera partiel ou total.
Sur la figure 2, on a représenté un exemple de rotor selon l'invention. Ce rotor comporte douze pôles répartis selon deux motifs élémentaires, chaque motif élémentaire comportant deux pôles à aimants et un pôle bobiné. Au centre du rotor, on a représenté l'arbre de rotation 15 dont est solidaire le rotor présentant à cet effet un corps en matériau magnétique solidaire de cet arbre. Dans cet exemple, le rotor comporte deux motifs élémentaires me1 et me2 identiques. En d'autres termes, Nme = 2.
Les motifs élémentaires me1 et me2 comportent un premier pôle à aimant permanent 30, 24 suivi d'un premier pôle à reluctance 31, 25, d'un second pôle à aimant 20, 26, d'un second pôle à reluctance 21 , 27 d'un pôle bobiné 22, 28 et enfin d'un troisième pôle à reluctance 23, 29. On a donc Na = 2 et Nb = 1. Ainsi au sein d'un motif élémentaire, deux aimants consécutifs sont séparés par au moins un pôle à reluctance. De même au sein d'un motif élémentaire, un pôle bobiné et un pôle à aimants sont séparés par au moins un pôle à reluctance.
Les premiers et les seconds pôles à aimants sont ici identiques et semblables aux pôles 1 de la figure 1 a.
Les seconds et troisièmes pôles à reluctance sont semblables aux pôles 2 et 4 de la figure 1a en sorte que le pôle bobiné est semblable à celui de cette figure 1a.
Le premier pôle à reluctance est délimité à sa périphérie externe circonférentiellement par deux encoches vides peu profondes du type de celles de la figure 1a.
Les aimants sont donc orientés de façon à fournir ici une polarité radiale Nord. Lorsque les bobinages ne sont pas excités ou activés, les polarités du motif élémentaire sont : NSNSSS. Lorsque les bobinages sont excités positivement, on obtient alors la succession de pôles magnétiques suivante : NSNSNS, le pôle bobiné passant d'une polarité Sud à une polarité Nord. Dans ce cas, le défluxage est positif et la puissance fournie est supérieure à la puissance de base fournie par les aimants seuls. Dans cet exemple, les deux motifs me1 et me2 sont identiques, placés circonférentiellement à la suite l'un de l'autre.
La figure 2 représente un premier exemple de réalisation de l'invention en mode défluxage négatif et dans lequel les bobinages sont activés par un courant d'excitation circulant en sens inverse. Ainsi, les pôles bobinés restent des pôles Sud et génèrent un flux magnétique Fd de défluxage qui annule une partie du flux (Fs) émis par les aimants les plus proches de ce pôle bobiné.
Toutefois, ces pôles bobinés ne peuvent supprimer une autre partie du flux (Fr) de ces mêmes armants les plus proches des premiers pôles à reluctance 25, 31. Le défluxage négatif ne sera pas total, mais la puissance résiduelle sera tout de même nettement inférieure à celle obtenue en l'absence d'alimentation des bobines d'excitation. Ainsi selon ce premier mode de réalisation, on obtient défluxage négatif partiel du rotor. En effet, certains aimants ne peuvent être défluxés par aucune des bobines d'excitation du rotor alimentées en inverse à cause notamment de leur éloignement. Ces aimants lointains ne peuvent être atteints par les pôles bobinés, ou partiellement atteints en sorte qu'il subsiste un flux magnétique résiduel Fr plus faible que le flux de base émis par la totalité des aimants en l'absence d'excitation.
Une telle machine ne réalisera pas un défluxage négatif total par l'intermédiaire des bobines d'excitation et trouvera avantageusement des applications dans lesquelles on utilise très souvent environ 2/3 de la puissance maximale de la machine correspondant à une excitation quasi nulle pour cette puissance.
Sur la figure 3, on a représenté un second exemple d'un rotor selon l'invention. Ce rotor comporte douze pôles répartis en deux motifs élémentaires identiques me3 et me4, comprenant chacun un pôle à aimant et deux pôles bobinés. Ainsi, dans cet exemple, on a Na = 1 , Nb = 2 et Nme = 2. Les motifs élémentaires me3 et me4 comportent d'abord un pôle à aimant 40, 46 suivi d'un premier pôle à reluctance 41, 47, puis d'un premier pôle bobiné 42, 48, d'un second pôle à reluctance 43, 49, d'un second pôle bobiné 44, 50 et d'un troisième pôle à reluctance 45, 51. Ainsi au sein d'un motif élémentaire, deux pôles bobinés sont séparés par au moins un pôle à reluctance. De même au sein d'un motif élémentaire, un pôle bobiné et un pôle à aimants sont séparés par au moins un pôle à reluctance.
Les pôles 40, 46 sont semblables aux pôles 20,30, 34, 26 de la figure 2, tandis que les pôles à reluctance sont semblables à ceux de la figure 1a.
Lorsque les bobinages ne sont pas excités, les polarités du motif élémentaire sont : NSSSSS-NSSSSS pour un rotor à 12 pôles. Lorsque tous les bobinages sont activés positivement, tes polarités deviennent : NSNSNS et la machine fournit une puissance supérieure à la puissance de base fournie par les aimant seuls.
Dans cet exemple, le nombre d'aimants Na est inférieur au nombre de bobinages Nb.
En mode défluxage négatif, lorsque le courant d'activation des pôles bobinés est inversé, la configuration du rotor devient N0SNS0- N0SNS0 car sous l'influence des pôles bobinés en inverse : - les pôles à reluctance 43 et 49 de la figure 3 s'inversent,
- les pôles à reluctance 51 - 41 - 45 et 47 ne sont plus magnétiquement opérationnels.
Cet exemple de réalisation illustre un autre moyen de réaliser un défluxage négatif partiel alors que tous les aimants peuvent être soumis complètement au flux magnétique des pôles bobinés.
Comme expliqué précédemment, il est possible, dans certaines applications, de combiner plusieurs motifs élémentaires ensemble. Il est possible, par exemple, de placer me1 et me3 des figures 2 et 3 côte-à-côte sur le contour du rotor. Dans les exemples des figures 2 et 3, les aimants fournissent une polarité Nord matérialisée par une flèche au sein de l'aimant en sorte que le flux magnétique est dirigé radialement vers la périphérie externe du rotor. Toutes les polarités de ces deux exemples peuvent être inversées en modifiant le sens des aimants de façon à ce qu'ils aient une polarité Sud comme dans Jes figures 1 a et 1 b.
En modulant le nombre de pôles sur le rotor, on peut modifier la vitesse d'amorçage et en modulant les nombres Na d'aimants, Nb de bobinages et Nme de motifs, on contrôle le défluxage du rotor.
Toutes ces modulations peuvent être faites en fonction de critères prédéfinis comme le type de moteur à alimenter, le nombre d'équipements électriques et de consommateurs électriques du véhicule, les sécurités désirées (non surchauffe de la batterie, etc.).
Ces modulations peuvent aussi être faites en fonction de l'encombrement du rotor. En effet, dans certains cas où l'encombrement du rotor est limité, il n'est pas possible d'avoir, par exemple, seize pôles mais uniquement douze voire moins ; dans ce cas il est intéressant d'avoir plus d'aimants que de bobinages ou une répartition particulière des aimants et des bobinages, car un bobinage prend plus de place qu'un aimant. Par contre, un aimant a un coût de revient plus élevé qu'un bobinage. Par conséquent, plus l'on met d'aimants dans un motif élémentaire et plus le rotor a un coût de revient élevé.
Avantageusement, pour obtenir un défluxage plus précis on n'alimente pas simultanément touts les bobinages appartenant à un même motif élémentaire tel que représenté par exemple à la figure 3. En particulier, on alimente un bobinage sur deux. Ainsi, il est possible d'ajuster le défluxage négatif ou positif à l'application, ce défluxage pouvant être total ou partiel. Selon une autre variante, on peut aussi envisager de n'activer que les bobinages d'excitation n'appartenant qu'à une partie des motifs élémentaires du rotor.
Selon un autre mode de réalisation, entre deux motifs élémentaires consécutifs on insère une succession de pôles magnétique N-S ou S-N créés par au moins un aimant par exemple a effet radial comme représenté aux figure 4 et 5.
Ainsi, la figure 4 illustre une variante de la figure 2 dans laquelle entre les motifs élémentaires me1 et me2, constitués respectivement par les pôles 1 à 6 et 9 à 16, on a inséré deux pôles Sud-Nord au niveau des pôles 7,8 et 15,16. Ainsi en ajoutant deux aimants suplémentaires, on peut passer aisément d'un rotor comportant 12 pôles à un rotor comportant 16 pôles. Ces deux aimants supplémentaires permettent d'ajuster la puissance de base sans excitation de la machine tout en préservant ces capacités de défluxage positives et négatives. Bien évidement, les pôles magnétiques ajoutés entre deux motifs élémentaires doivent s'agencer avantageusement de manière à obtenir une succession de pôles NSNSNS... lorsque le courant d'excitation est positif de manière à obtenir en sortie une puissance maximum.
De la même manière, la figure 5 illustre un autre exemple de réalisation de la variante réalisée à partir du mode de réalisation de la figure 3. Ainsi, on a intercalé entre les deux motifs élémentaires me3 et me4, aux pôles 7 et 8 et 15 et 16, deux pôles magnétiques Nord-Sud. Comme visible à la figure 5, ces aimants intercalés entre deux motifs élémentaires peuvent être de polarité différente aux aimants appartenant aux motifs élémentaires. Deux même, les aimants intercalés entre les motifs élémentaires peuvent être également de polarités inverses.
On peut également envisager d'intercaler des pôles Nord-Sud suplémentaires seulement entre certains motifs élémentaires. De même, plusieurs pôles Nord-Sud intercalés peuvent être contigus. Ainsi, un rotor à excitation mixte peut comporter entre au moins un motif élémentaire au moins un pôles Nord-Sud réalisé par au moins un aimant dont la polarité et sa position permet avantageusement à la machine électrique de produire une puissance maximum lors d'un défluxage positif.
Comme visible à la figure 5 au niveau des pôles 15 et 16, et applicable à tout autre agencement de motifs élémentaires, un pôle Nord- Sud intercalé entre au moins un motif élémentaire peut être constitué par deux aimants contigus de polarité inverses. Cet agencement constitue une variante des pôles nord-sud intercalés précédemment décrits constitués par un pôle à aimant et un pôle à reluctance
Ainsi qu'il ressort à l'évidence de la description, le rotor 200 comporte un corps en matériau magnétique doté, d'une part, d'encoches pour logement des bobinages d'excitation et, d'autre part, de logements pour le montage des aimants permanents. Les encoches sont groupées par paire pour délimiter les pôles saillants 22, 28, 42,43, 44,48, 49, 50 autour desquels sont bobinés des fils électriques, par exemple en cuivre, pour formation des bobinages d'excitation.
Par exemple le corps du rotor est réalisé sous la forme d'un paquet de tôles trouées centralement pour montage à force sur l'arbre 15 avantageusement moleté à cet effet. Les encoches et les logements précités sont donc aisément réalisés par découpe. Des passages sont réalisés en dessous d'au moins un aimant (figures 2 et 3) pour passage d'organes d'assemblage, tels que des tirants, des tôles. Les bobinages d'excitation ont axialement une forme oblongue. On notera la présence d'ouvertures (non référencées) au voisinage de l'arbre 15 (figures 2 et 3) pur canaliser les flux magnétiques et former des circuits magnétiques fermés circulants également dans le stator de la machine décrit ci-après.
Ici, les logements des aimants s'étendent à la périphérie externe du rotor et ont globalement une section une forme rectangulaire dont les longueurs sont perpendiculaires à un rayon du rotor. Les aimants ont avantageusement une forme complémentaire à leurs logements en étant, de manière précitée, surfaciques pour engendrer des flux magnétiques radiaux. Bien entendu on peut prévoir d'autres agencements pour créer des flux magnétiques radiaux.
Comme visible partiellement à la figure 4, la machine électrique tournante comporte, de manière précitée, un stator 100 entourant au moins en partie le rotor 200 et doté d'un corps 101 en matériau magnétique, par exemple sous Ja forme d'un paquet de tôles. Ce stator 100 est avantageusement polyphasé et comporte donc des bobinages d'induit 103 montés dans des encoches 102 réalisées dans son corps 101. Les encoches
102 sont délimitées par des dents 104 qui reçoivent le flux magnétique émit par le rotor et qui passe par un faible entrefer de forme annulaire présent entre la périphérie externe du rotor et la périphérie interne du stator. C'est pour cette raison que l'on a représenté par des boucles les flux magnétiques.
Les aimants permanents consistent par exemple en des ferrites ou en des terres rares ou en une combinaison des deux. La machine électrique est dans une forme de réalisation un alternateur de véhicule automobile permettant de transformer de l'énergie mécanique en énergie électrique, son stator étant un stator induit et le rotor un rotor inducteur. En variante, de manière connue, l'alternateur est réversible et est donc configuré pour constituer un moteur électrique permettant notamment de démarrer le moteur thermique du véhicule automobile. Ce type d'alternateur est appelé alterno-démarreur.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Machine électrique tournante comportant un rotor présentant un corps en matériaux magnétique, un stator entourant le rotor, le stator comportant au moins un bobinage d'induit, et le rotor comportant des encoches formées dans son corps et des moyens pour sélectivement établir des circuits magnétiques fermés passant autour du bobinage d'induit du stator, ces moyens comprenant :
- des aimants permanents d'excitation (20, 24, 26, 30, 40, 46) aptes à engendrer des flux magnétiques,
- des bobinages d'excitation (22, 28, 42, 44, 48, 50) logés dans les encoches du rotor pour définir des pôles bobinés, les dits bobinages étant adaptés à être excités et engendrer des composantes de flux magnétique s'opposant aux flux engendrés par certains au moins des aimants pour créer un défluxage, caractérisée en ce que le nombre Na d'aimants et Je nombre Nb de bobinages d'excitation ainsi que la disposition des bobinages et des aimants les uns par rapport aux autres forment un motif élémentaire (me), ce motif élémentaire étant apte à être répété un nombre Nme de fois. 2 - Machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce que Na est plus grand ou égal à 1 , en ce que Nb est plus grand ou égal à 1 , en ce que Nme est plus grand ou égal à 1 et en ce que le couple de nombre Na, Nb est différent de 1 ,1.
3 - Machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce que les aimants Na d'un même motif élémentaire sont agencés pour générer un flux magnétique radial.
4 - Machine électrique tournante selon la revendication 3, caractérisée en ce que les aimants d'un même motif élémentaire sont de même polarité.
5 - Machine électrique tournante selon la revendication 1 , caractérisée en ce que les pôles bobinés d'un même motif élémentaire sont de même polarité. 6 - Machine électrique tournante selon la revendication 1 , caractérisée en ce qu'elle comporte, au sein d'un motif élémentaire, au moins deux aimants consécutifs séparés par au moins un pôle à reluctance.
7 - Machine électrique tournante selon la revendication 1 , caractérisée en ce qu'elle comporte, au sein d'un motif élémentaire, au moins deux pôles bobinés consécutifs séparés par au moins un pôle à reluctance.
8 - Machine électrique tournante selon la revendication 1 , caractérisée en ce qu'elle comporte, au sein d'un motif élémentaire, au moins un pôle bobiné et un aimant consécutifs séparés par au moins un pôle à reluctance. 9 - Machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce que les brins de bobinage d'une bobine appartenant à un motif élémentaire sont reçus dans deux encoches adjacentes situées entre deux aimants consécutifs.
10 - Machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce que plusieurs motifs élémentaires sont associés les uns aux autres.
11 - Machine électrique tournante selon la revendication 10, caractérisée en ce que les motifs élémentaires sont différents.
12 - Machine électrique tournante selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comporte, entre au moins deux motifs élémentaires consécutifs, une succession d'au moins un couple de pôles Nord-Sud ou Sud-Nord crées par au moins un aimant.
13 - Machine électrique tournante selon la revendication 12, caractérisée en ce qu'au moins un aimant intercalé entre deux motifs élémentaires consécutifs est de polarité différente du au moins un aimant appartenant à au moins un motif élémentaire.
13 - Machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce que les Nb bobinages ne sont pas tous excités simultanément. 14 - Machine électrique tournante selon la revendication 1 , caractérisée en ce que l'intensité de modulation (Imod) est comprise dans un intervalle entre -Ib et +lb, où Ib est l'intensité maximale du flux magnétique fournie par les Nb bobinages.
15 - Machine électrique tournante selon la revendication 1 , caractérisée en ce qu'il subsiste un flux magnétique résiduel (Fr) provenant des aimants non soumis à l'influence du flux magnétique (Fd) de défluxage produit par les bobines d'excitation.
16 - Machine électrique tournante selon la revendication 1 , caractérisée en ce qu'elle consiste en un alternateur de véhicule automobile.
17 - Machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle consiste en un alterno-démarreur de véhicule automobile.
PCT/FR2003/002522 2002-08-14 2003-08-13 Machine electrique tournante a double excitation autorisant un defluxage modulable WO2004017496A2 (fr)

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