WO2016062953A1 - Machine électrique configurée pour limiter les nuisances sonores - Google Patents

Machine électrique configurée pour limiter les nuisances sonores Download PDF

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machine
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François Machet
Patrick LEBRASSEUR
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Valeo Systemes De Controle Moteur
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Definitions

  • the present invention relates to the field of electrical machines, and relates more particularly to electrical machines having at least one stator.
  • An electric machine is a machine, also called a motor, which has at least one stator.
  • the stator has teeth forming the coils.
  • the supply of each of the coils allows the creation of a magnetic field in the stator, a rotor oriented along the field lines.
  • these electrical machines are for example used in electrical systems such as supercharged electric compressors.
  • these machines are used on the intake circuit to improve the efficiency of the vehicle, to overcome the latency of the conventional turbocharger at startup, or in the transient phases of the vehicle.
  • this type of machine is a source of noise.
  • the electromagnetic forces generated on the stator and the rotor induce micro-displacements at high frequency and in the audible range of the human ear, between 1000 and 20000Hz.
  • the vibrations are transmitted throughout the structure of the machine, and propagate in the air and in the supports of the machine. If the noise from the machine to the support can be reduced by dampers, the noise intrinsic to the machine is more difficult to deal with.
  • One solution to this noise is to reduce the effects of radial forces.
  • the effects of radial forces are reduced, for example, by providing material recesses on the outer face of the stator, in the extension of the stator teeth.
  • Such a solution allows a gain of deformation, to reduce the effects of radial forces on the piece in contact with the stator, 10%. This gain contributes to the partial reduction of noise, which is still audible by a human ear.
  • the present invention therefore aims to overcome one or more of the disadvantages of the machines of the prior art by providing an electrical machine configured to limit noise.
  • the present invention proposes an electric machine comprising at least one stator, the stator being formed of a body and teeth disposed on the internal face of the stator body, characterized in that the stator comprises at least one internal recess formed in the body of the stator.
  • the recess extends longitudinally in the stator body parallel to a longitudinal axis of the stator.
  • the internal recess to any geometric shape to limit the mechanical stresses on the stator.
  • the width of the internal recess is smaller than the width of a stator tooth.
  • the internal recess is a cylinder or an ellipse.
  • the internal recess is disposed in the axis of a stator tooth.
  • the internal recess is formed in the stator body at a sufficient distance from an inner face 221 of the stator body so as not to disturb the magnetic field.
  • the stator comprises at least two external recesses formed on the outer face of the stator.
  • the outer recess forms a groove oriented longitudinally along the longitudinal axis of the stator.
  • the outer recess 25 is centered between two internal recesses 24, and overlaps, at each of its sides, an internal recess 24.
  • the invention also relates to the use of the electric machine according to the invention in an electric supercharger for a motor vehicle.
  • the invention also relates to an electric supercharger equipped with an electric machine according to the invention.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a sectional view of a device according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic representation of a detail of the device according to the invention.
  • the present invention relates to an electric machine 1.
  • the electric machine 1 comprises at least one stator 2, illustrated in FIGS. 1 and 2.
  • the electric machine also comprises a rotor 3 disposed inside the stator 2. More precisely, the rotor 3 is disposed in a space 4 formed in the center of the stator 2.
  • the electrical machine is a continuous or alternating current machine, synchronous or asynchronous or any type of electric machine of the same type.
  • the electric motor is a variable reluctance motor (also called SRM machine for Switched Reluctance Motor according to English terminology).
  • the stator comprises a body constituted by a stack of thin sheets forming a ring, also called a bundle of sheets, whose inner face is provided with notches open towards the inside to receive windings. phase which form a coil.
  • the rotor is permanent magnets.
  • the stator 2 is formed of at least one body 21. According to one embodiment of the invention, the stator is formed of several bodies. The stator is also formed of several teeth 22. The teeth 22 are disposed on the internal face 221 of the stator body delimiting the space 4 in which the rotor is located. The stator 2 has n teeth 22, n being between 4 and 12, and very preferably equal to 6. Around each of the teeth 22 is arranged a coil which thus forms the coils 23 of the stator. The supply of each of the coils 23 allows the creation of a magnetic field in the stator 2.
  • the rotor 3 comprises rotor teeth 32 oriented along the field lines of the stator 2.
  • the number of teeth of the rotor 3 is between 2 and 8, and preferably is equal to 4.
  • the stator 2 comprises at least one internal recess 24.
  • This internal recess 24 is formed in the body 21 itself of the stator.
  • the internal recess 24 is formed in the body 21 of the stator 2, and extends longitudinally, along the longitudinal axis 31 of the stator, on at least a portion of the stator, in the body 21 of the stator 2. More specifically, the internal recess extends parallel to the axis 31 of the stator.
  • the longitudinal axis 31 of the stator is defined as the axis 31 along which the stator extends, passing through the center of the stator, that is to say the axis 31 around which the stator is arranged.
  • the internal recess 24 extends longitudinally over the entire length of the stator 2.
  • the width L ei of the internal recess 24 is equal to or greater than the width L s of a tooth 22 of the stator 2.
  • the width, recess and teeth of the stator is defined by the magnitude oriented along a plane P perpendicular to a plane passing through the radius R of the stator, as opposed to the height which is defined by the magnitude passing through the radius R of the stator.
  • the recess 24 internal to all possible geometric shapes. More specifically, the recess 24 internal to all geometric shapes to limit the mechanical stresses on the stator 2. Indeed, it is the mechanical stresses that contribute to noise by promoting radial forces. The reduction of the effects of the efforts thus makes it possible to limit the noise nuisances.
  • the internal recess 24 is a cylinder whose generatrix to any shape to limit the mechanical stresses on the stator. According to one embodiment of the invention, the internal recess 24 is round.
  • the internal recess 24 is oval, its width L ei being greater than its height h ei .
  • the internal recess 24 is square or rectangle.
  • the internal recess 24 is rectangle or square, with rounded corners.
  • the recess 24 internal to an ellipse shape more precisely the internal recess 24 is an elliptical cylinder whose width is greater than the height.
  • the internal recess 24 is disposed in the axis of a tooth 22 of the stator. More specifically, the internal recess 24 is disposed in the portion of the body 21 of the stator 2 extending a tooth 22 of the stator.
  • the internal recess 24 is formed in the stator body at a sufficient distance from the internal face 221 of the stator body so as not to disturb the magnetic field. More specifically, the smallest distance D ei between an edge of the internal recess 24 and the internal face 221 of the stator body is greater than or equal to the width of a stator tooth divided by two (L s / 2). Such an arrangement avoids modifying the magnetic field of the electric machine.
  • the internal recess 24 is disposed in the body 21 of the stator 2 and at the periphery of the body 21. That is to say, the internal recess 24 is closer to the face external 222 of the stator 2 that of the internal face 221 of the stator 2.
  • the outer face 222 of the stator 2 is the one which does not have a tooth 22 and which is disposed outside the stator 2 if it is considered that the internal face 221 of the stator defines a zone 4 of the stator 2 in which the rotor 3 is arranged.
  • the stator 2 comprises a number of recesses 24 identical to the number of teeth 22 of the stator.
  • the stator has six internal recesses 24.
  • the stator 2 comprises at least one external recess 25 formed on the external face of the stator, illustrated in FIG.
  • This outer recess forms a groove oriented along the axis 31 of the rotor 3.
  • the outer recess 25 is offset from the teeth 22 of the stator.
  • the outer recess is centered between two internal recesses.
  • the width of the outer recess 25 is such that it overlaps, at each of its sides, an internal recess 24.
  • the machine comprises two external recesses 25, the distance D ex between two external recesses being less than the width L ei of an internal recess 24.
  • the stator 2 thus comprises an alternation of internal recesses 24 and external recesses 25.
  • the depth of the outer recess is between 0 and a remaining thickness of the stator body greater than or equal to the width of a stator tooth divided by two (L s / 2).
  • remaining thickness means the remaining thickness between the bottom of the recess and the internal face 221 of the stator or the beginning of a tooth 22 of the stator.
  • the stator 2 comprises a number of external recesses 25 identical to the number of teeth 22 of the stator.
  • the stator has six external recesses.
  • Such a stator 2 according to the invention allows a gain of 50% in terms of mechanical stresses.
  • the invention also relates to the use of such a machine according to the invention in an electric supercharger for a motor vehicle.
  • the invention also relates to an electric supercharger equipped with such a machine 1 according to the invention. More specifically, the invention also relates to an electric compressor equipped with a variable-reluctance motor according to the invention.
  • This electric supercharger compressor for a motor vehicle comprises a compression wheel and an electric machine according to the invention for driving the compression wheel in rotation.

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Abstract

La présente invention concerne une Machine électrique 1 comportant au moins un stator 2, le stator étant formé d'un corps 21 et de dents 22 disposées sur la face interne 221 du corps 21 du stator 2, le stator 2 comportant au moins un évidement interne 24 formé dans le corps 21 du stator 2 ayant toutes formes géométriques permettant de limiter les contraintes mécanique sur le stator 2.

Description

MACHINE ELECTRIQUE CONFIGUREE POUR LIMITER LES NUISANCES SONORES
La présente invention se rapporte au domaine des machines électriques, et se rapporte plus particulièrement aux machines électriques comportant au moins un stator.
Une machine électrique est une machine, également appelée moteur, qui comporte au moins un stator. Le stator comporte des dents formant les bobines. L'alimentation de chacune des bobines permet la création d'un champ magnétique dans le stator, un rotor s'orientant suivant les lignes de champ.
Dans le domaine de l'automobile, ces machines électriques sont par exemple utilisées dans des systèmes électriques tels que des compresseurs électriques suralimentés. Par exemple, ces machines sont utilisées sur le circuit d'admission pour améliorer le rendement du véhicule, pallier le temps de latence du turbocompresseur classique au démarrage, ou dans les phases transitoires du véhicule.
Cependant, ce type de machine est source de bruit. En effet, les efforts électromagnétiques engendrés sur le stator et le rotor induisent des micro-déplacements à haute fréquence et dans le domaine audible de l'oreille humaine, entre 1000 et 20000Hz. Les vibrations se transmettent sur toute la structure de la machine, et se propagent dans l'air et dans les supports de la machine. Si les bruits conduits par la machine vers le support peuvent être réduits par des amortisseurs, les bruits intrinsèques à la machine sont plus difficiles à traiter.
Une solution à ce bruit, consiste à réduire les effets des efforts radiaux. Les effets des efforts radiaux sont réduits, par exemple, en aménageant des évidements de matière sur la face externe du stator, dans le prolongement des dents du stator. Une telle solution permet un gain de déformation, permettant de réduire les effets des efforts radiaux sur la pièce en contact avec le stator, de 10%. Ce gain participe à la réduction partielle du bruit, qui reste ainsi encore audible par une oreille humaine.
La présente invention a donc pour objet de pallier un ou plusieurs des inconvénients des machines de l'art antérieur en proposant une machine électrique configurée pour limiter les nuisances sonores. Pour cela la présente invention propose une machine électrique comportant au moins un stator, le stator étant formé d'un corps et de dents disposées sur la face interne du corps du stator, caractérisée en ce que le stator comporte au moins un évidement interne formé dans le corps du stator.
En effet, ce sont les contraintes mécaniques qui participent aux nuisances sonores en favorisant les efforts radiaux. La diminution des effets des efforts radiaux via des évidements permet ainsi de limiter les nuisances sonores.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'évidement s'étend longitudinalement dans le corps du stator parallèlement à un axe longitudinal du stator.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'évidement interne à toute forme géométrique permettant de limiter les contraintes mécaniques sur le stator.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la largeur de l'évidement interne est inférieure à la largeur d'une dent du stator.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'évidement interne est un cylindre ou une ellipse.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'évidement interne est disposé dans l'axe d'une dent du stator.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'évidement interne est formé dans le corps du stator à une distance suffisante d'une face interne 221 du corps du stator pour ne pas perturber le champ magnétique.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le stator comporte au moins deux évidements externes formés sur la face externe du stator.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'évidement externe forme une rainure orientée longitudinalement selon l'axe longitudinal du stator.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'évidement 25 externe est centré entre deux évidements 24 internes, et chevauche, au niveau de chacun de ses cotés, un évidement 24 interne.
L'invention concerne également l'utilisation de la machine électrique selon l'invention dans un compresseur de suralimentation électrique pour véhicule automobile. L'invention concerne également un compresseur de suralimentation électrique équipé d'une machine électrique selon l'invention.
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris et apparaîtront plus clairement à la lecture de la description faite, ci-après, en se référant aux figures annexées, données à titre d'exemple et dans lesquelles:
- la figure 1 est une représentation schématique d'une vue en coupe d'un dispositif selon l'invention,
- la figure 2 est une représentation schématique d'un détail du dispositif selon l'invention.
La présente invention concerne une machine électrique 1. La machine 1 électrique comporte au moins un stator 2, illustré figure 1 et 2. La machine électrique comporte également un rotor 3 disposé à l'intérieur du stator 2. Plus précisément, le rotor 3 est disposé dans un espace 4 formé au centre du stator 2.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la machine électrique est une machine à courant continue ou alternatif, synchrone ou asynchrone ou tout type de machine électrique du même type.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le moteur électrique est un moteur à reluctance variable (également appelée machine SRM pour Switched Reluctance Motor selon la terminologie anglaise).
Selon un mode de réalisation de l'invention, le stator comporte un corps constitué par un empilage de tôles minces formant une couronne, encore appelé paquet de tôles, dont la face intérieure est pourvue d'encoches ouvertes vers l'intérieur pour recevoir des enroulements de phase qui forment un bobinage.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le rotor est à aimants permanents.
Le stator 2 est formé d'au moins un corps 21. Selon un mode de réalisation de l'invention, le stator est formé de plusieurs corps. Le stator est également formé de plusieurs dents 22. Les dents 22 sont disposées sur la face interne 221 du corps du stator délimitant l'espace 4 dans lequel se trouve le rotor. Le stator 2 comporte n dents 22, n étant compris entre 4 et 12, et de manière très préférée égale à 6. Autour de chacune des dents 22 est disposé un bobinage qui forme ainsi les bobines 23 du stator. L'alimentation de chacune des bobines 23 permet la création d'un champ magnétique dans le stator 2.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le rotor 3 comporte des dents 32 de rotor orientées suivant les lignes de champ du stator 2. Le nombre de dents du rotor 3 est compris entre 2 et 8, et de manière préférée est égale à 4.
Dans le cadre de l'invention, le stator 2 comporte au moins un évidement 24 interne. Cet évidement 24 interne est formé dans le corps 21 même du stator. L'évidement 24 interne est formé dans le corps 21 du stator 2, et s'étend longitudinalement, selon l'axe 31 longitudinal du stator, sur au moins une partie du stator, dans le corps 21 du stator 2. Plus précisément, l'évidement 24 interne s'étend parallèlement à l'axe 31 du stator.
Dans le cadre de l'invention, l'axe 31 longitudinal du stator est défini comme étant l'axe 31 le long duquel s'étend le stator, passant par le centre du stator, c'est-à-dire l'axe 31 autour duquel est disposé le stator.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'évidement 24 interne s'étend longitudinalement sur toute la longueur du stator 2.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la largeur Lei de l'évidement 24 interne est égale ou supérieure à la largeur Ls d'une dent 22 du stator 2.
Dans le cadre de l'invention, la largeur, de l'évidement et des dents du stator, est définie par la grandeur orientée suivant un plan P perpendiculaire à un plan passant par le rayon R du stator, par opposition à la hauteur qui se définie par la grandeur passant par le rayon R du stator.
Dans le cadre de l'invention, l'évidement 24 interne à toutes formes géométriques possibles. Plus précisément, l'évidement 24 interne à toutes formes géométriques permettant de limiter les contraintes mécaniques sur le stator 2. En effet, ce sont les contraintes mécaniques qui participent aux nuisances sonores en favorisant les efforts radiaux. La diminution des effets des efforts permet ainsi de limiter les nuisances sonores.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'évidement 24 interne est un cylindre dont la génératrice à toute forme permettant de limiter les contraintes mécaniques sur le stator. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'évidement 24 interne est rond.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'évidement 24 interne est ovale, sa largeur Lei étant supérieure à sa hauteur hei.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'évidement 24 interne est carré ou rectangle. Par exemple, l'évidement 24 interne est rectangle ou carré, avec des coins arrondis.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'évidement 24 interne à une forme d'ellipse, plus précisément l'évidement 24 interne est un cylindre elliptique dont la largeur est supérieure à la hauteur.
L'évidement 24 interne est disposé dans l'axe d'une dent 22 du stator. Plus précisément, l'évidement 24 interne est disposé dans la partie du corps 21 du stator 2 prolongeant une dent 22 du stator.
Selon un mode de réalisation, l'évidement 24 interne est formé dans le corps du stator à une distance suffisante de la face interne 221 du corps du stator pour ne pas perturber le champ magnétique. Plus précisément, la plus petite distance Dei entre un bord de l'évidement 24 interne et la face interne 221 du corps du stator est supérieure ou égale à la largeur d'une dent du stator divisée par deux (Ls/2). Une telle disposition évite de modifier le champ magnétique de la machine électrique.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'évidement 24 interne est disposé dans le corps 21 du stator 2 et en périphérie du corps 21. C'est-à-dire que l'évidement 24 interne est plus proche de la face externe 222 du stator 2 que de la face interne 221 du stator 2.
Dans le cadre de l'invention, la face externe 222 du stator 2 est celle qui ne comporte pas de dent 22 et qui est disposée à l'extérieur du stator 2 si l'on considère que la face interne 221 du stator délimite une zone 4 du stator 2 dans laquelle est disposé le rotor 3.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le stator 2 comporte un nombre d'évidements 24 identique au nombre de dents 22 du stator. Par exemple dans le cas ou le stator comporte six dents, le stator comporte six évidements 24 internes. Selon une variante de l'invention, le stator 2 comporte au moins un évidement 25 externe formé sur la face externe du stator, illustré figure 2.
Cet évidement 25 externe forme une rainure orientée selon l'axe 31 du rotor 3. L'évidement 25 externe est décalé par rapport aux dents 22 du stator. L'évidement 25 externe est centré entre deux évidements 24 internes.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la largeur de l'évidement 25 externe est telle qu'il chevauche, au niveau de chacun de ses cotés, un évidement 24 interne.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la machine comprend deux évidements 25 externes, la distance Dex entre deux évidements 25 externes étant inférieure à la largeur Lei d'un évidement 24 interne. Le stator 2 comporte ainsi une alternance d'évidements 24 internes et d'évidements 25 externe. La profondeur de l'évidement 25 externe est comprise entre 0 et une épaisseur restante du corps du stator supérieure ou égale à la largeur d'une dent du stator divisée par deux (Ls/2). Dans le cadre de l'invention, épaisseur restante signifie l'épaisseur restante entre le fond de l'évidement et la face interne 221 du stator ou le début d'une dent 22 du stator.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le stator 2 comporte un nombre d'évidements 25 externes identique au nombre de dents 22 du stator. Par exemple, dans le cas ou le stator comporte six dents, le stator comporte six évidements 25 externes.
Un tel stator 2 selon l'invention, permet un gain de 50% en terme de contraintes mécaniques.
L'invention concerne également l'utilisation d'une telle machine selon l'invention dans un compresseur de suralimentation électrique pour véhicule automobile.
L'invention concerne également un compresseur de suralimentation électrique équipé d'une telle machine 1 selon l'invention. Plus précisément, l'invention concerne également un compresseur électrique équipé d'un moteur à reluctance variable selon l'invention. Ce compresseur électrique de suralimentation pour véhicule automobile, comporte une roue de compression et une machine électrique selon l'invention, pour entraîner la roue de compression en rotation.
La portée de la présente invention ne se limite pas aux détails donnés ci-dessus et permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans s'éloigner du domaine d'application de l'invention. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, et peuvent être modifiés sans toutefois sortir de la portée définie par les revendications.

Claims

REVENDICATIONS
1. Machine électrique 1 comportant au moins un stator 2, le stator étant formé d'un corps 21 et de dents 22 disposées sur la face interne 221 du corps 21 du stator 2, caractérisée en ce que le stator 2 comporte au moins un évidement interne 24 formé dans le corps 21 du stator 2.
2. Machine électrique 1 selon la revendication 1, dans lequel l'évidement interne 24 s'étend longitudinalement dans le corps du stator parallèlement à un axe longitudinal 31 du stator 2.
3. Machine électrique 1 selon une des revendications 1 à 2, dans lequel la largeur Lei de l'évidement interne 24 est inférieure à la largeur Ls d'une dent 22 du stator 2.
4. Machine électrique 1 selon une des revendications 1 à 3, dans lequel l'évidement interne 24 est un cylindre ou une ellipse.
5. Machine électrique 1 selon une des revendications 1 à 4, dans lequel l'évidement interne 24 est disposé dans l'axe d'une dent 22 du stator 2.
6. Machine électrique 1 selon une des revendications 1 à 5, dans lequel l'évidement interne 24 est formé dans le corps 21 du stator 2 à une distance suffisante d'une face interne 221 du corps 21 du stator 2 pour ne pas perturber le champ magnétique.
7. Machine électrique 1 selon une des revendications 1 à 6, dans lequel le stator 2 comporte au moins deux évidements externes 25 formés sur la face externe du stator 2.
8. Machine électrique 1 selon la revendication 7, dans lequel l'évidement externe 25 forme une rainure orientée longitudinalement selon l'axe longitudinal 31 du stator 2.
9. Machine électrique 1 selon une des revendications 7 ou 8, dans laquelle l'évidement 25 externe est centré entre deux évidements 24 internes, et chevauche, au niveau de chacun de ses cotés, un évidement 24 interne.
10. Utilisation de la machine électrique 1 selon une des revendications 1 à 9 dans un compresseur de suralimentation électrique pour véhicule automobile.
Compresseur de suralimentation électrique équipé d'une machine électrique 1 selon une des revendications 1 à 9.
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