WO2017220932A1 - Inducteur bobine d'une machine electrique a griffes a entrefer axial - Google Patents

Inducteur bobine d'une machine electrique a griffes a entrefer axial Download PDF

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inductor
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Nicolas Labbe
Olivier SAVINOIS
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Definitions

  • the present invention relates to wound inductors of rotating electrical machines, especially rotating electrical machines for a motor vehicle, in particular terrestrial.
  • inductors with permanent magnets and wound inductors.
  • the inductor may have an advantage in being wound.
  • a wound iron core machine can produce an induction of 2 Tesla whereas the magnets of today are between 0.35 and 0.4 for ferrites and from 1, 2 to 1, 4 tesla for neodymium magnets (NdFeB) which are very expensive and therefore limited by their characteristics.
  • FIGS. 1A and 1B schematically represent a section in a plane perpendicular to an axis of rotation, of an electric machine with a radial flow, also called a radial field.
  • the electric machine 1 of FIG. 1A comprises a stator 10 comprising induction coils 101 and a yoke 102 forming the inductor 100.
  • the electric machine 1 further comprises a rotor 11 surrounded by the stator 10.
  • the rotor 1 1 comprises a induced 1 10 and a rotor shaft 111.
  • FIG. 2a schematically represents the magnetic effect of two induction coils 101 and 101 '(FIG. 2b) such as that of the machine 1.
  • the inductor comprises four poles and therefore four inductor coils of which only two are visible in Figure 3b.
  • a cylinder is drawn schematically showing the rotor 11.
  • the induction coil 101 produces with the pole piece a North pole to the air gap, the letter N in the figure represents the North polarity.
  • the induction coil 101 located at 90 ° from the induction coil 101, produces with the pole piece a south pole towards the gap, the letter S in the figure represents the south polarity.
  • FIG. 2a shows flow tubes produced by the induction coils of the electric machine 1. Each of the flow tubes form a loop in a plane perpendicular to the axis. In the same plane, four loops 12 and 12 'of flux each associated with the four poles are shown in Figure 3a. Two flow loops 12 'from a north pole to the south pole rotate in the opposite direction, to go from the north pole to the two adjacent south poles, a flow loop 12 from a south pole to the north pole.
  • Radial flow electrical machines are therefore constituted by an inductor and an armature whose elements are all stacked radially i.e at different levels of rays.
  • elements is meant stator yoke, rotor yoke, coils or inductive magnets.
  • Electrical machines with a radial or axial flux-wound inductor comprise bunches (or coil heads) respectively axial or radial.
  • the radial flow machines are called 2D machines, whose flow loop circulates in a plane perpendicular to the axis, in particular to the plate rights of the sheet package.
  • each loop is two-dimensional, also called plane curve.
  • the disadvantage of the first family is that the coils of the inductor have coil heads. These heads have the function of only connecting the parts of coils housed in the notches separated by parts to form ampere turns and thus the flow required through each of the pole pieces. Each of the coil heads adds length to the coil.
  • the stator comprises an armature or an inductor comprising coils having buns.
  • the flux loop 31 thus passes in a first radial plane of a first polar wheel and then axially in a first claw and then radially in the air gap between the rotor and the rotor.
  • stator then in the stator in an axial plane with axial and radial components and a second time in a radial plane crossing the gap a second time and then in a second claw offset from the first claw and finally in a radial plane of a second polar wheel.
  • Radial plane means a plane perpendicular to the axis X of rotation of the machine and an axial plane a plane comprising the axis X.
  • the air gap surfaces of radial flow machines have a smaller diameter and greater axial length than axial flow machines.
  • the invention solves these various problems with iso performance.
  • the invention relates to a rotary electrical machine comprising a claw inductor comprising an axis X, the inductor comprising air gap surfaces arranged to face an armature of an electric machine one after the other. another along the X axis.
  • the inductor is adapted to be mounted in an electrical machine so as to rotate about the x-axis.
  • such a wound inductor can be adapted for an axial armature and thus to have both the advantages of a claw machine as well as the advantage of the axial machine over axial size.
  • a second portion extending radially, in a first direction opposite to the direction towards the axis X, starting from an axial end of the first portion farthest from the ring,
  • a second group of a plurality of claws able to have a polarity opposite to the polarity of the first claw group each comprising:
  • a second portion extending radially from an axial end of the first portion furthest from the ring, in a direction towards the X axis
  • ⁇ a coil mounted in the assembly about the axis X between the first inner surface of the ring and the prongs of each group of prongs and between the first portions of the first group and the first portions of the second group.
  • This inductor thus comprises claws whose second parts comprise a surface capable of forming the air gap with an armature.
  • the inductor is therefore mounted vis-a-vis axially of the armature.
  • the inductor comprises faces vis-à-vis axially of the armature.
  • group of a plurality of claws adapted to have a polarity is meant that all the claws are able to have the same polarity.
  • the armature does not surround the coil of the inductor but faces the coil and the second portions of each claw. According to different form of claws, the armature may surround part of the second portions of claws.
  • the ring includes a passage including the X axis traversing the ring between the inner surface and another outer surface opposite the first inner surface to surround an X axis shaft.
  • the coil is a circular solenoid-shaped coil. This makes it possible to have the best yield compared to the quantity of copper exploited. Indeed there is no coil head called as bun.
  • the inner surface is a plane radial surface perpendicular to the axis X of rotation of the machine and in that the first portions of each of the at least two groups extend from this plane surface.
  • the first and second faces of the coil are in alternating contact with the faces of the first inner and outer portions respectively and in that the first and second surfaces are cylindrical.
  • the housing of the coil is made between: the crown and the second portions of each claw of each group and between the first portions of the first group and the first portions of the second group.
  • the conductor of the coil is of rectangular section. This makes it possible to improve the heat transfer between the turns and to better fill the notch for this inductor winding
  • the coil is wound on edge on a single axial row. This makes it possible to have a spiral coil flat without a helix character. Indeed the propeller has the disadvantage of having for a coil two thickness of the conductor. In addition the edge winding facilitates the entry and exit of the single coil.
  • the second portions of each claw of each group comprise a radial outer surface extending in a radial plane relative to the x axis of rotation, the radial outer surfaces being adapted to be facing each other. screw of an outer surface of the armature corresponding to the radial outer surface for a constant axial air gap.
  • the external inclined surfaces of the second portions are inclined so as to together form a convex volume along the X axis.
  • a convex air gap can be formed with the corresponding armature.
  • the second portions comprise, on each second portion, external surfaces vis-à-vis the coil so as to together form a concave volume relative to the axis X.
  • the second portions of each claw of a claw group of each group comprise a trapezoidal section in a plane which contains the axis.
  • the inner surface is inclined relative to the outer surface and in that the thickness is less than its free end at its end contiguous to the second portion.
  • each of the second portions of the claws comprises an inner surface vis-à-vis the coil and an outer surface adapted to be vis-à-vis the armature, and in that the inner surface and the outer surface are inclined to one another so that the second portion has a section, in a plane comprising the X axis, of trapezoidal shape.
  • trapezoidal shape is meant substantially trapezoidal shape.
  • the first base has an arc shape and not a straight line. This makes it possible to have a cylindrical form of the inductor and not polygonal.
  • the second base is in the form of an arc. This makes it possible either to mount on the rotational shaft easier or to have a shape that matches that of the armature at the shaft or to allow to achieve a bearing of the armature shaft in introducing a ball bearing or other type of bearing between the armature shaft and the claws.
  • the surface has an isosceles trapezoidal shape. This makes it possible to homogenize the shapes of the claws.
  • the first part of the first group of claws extending from the inner surface of the ring extends from the outer periphery of the inner surface of the ring and in that the first part the second group extending from the inner surface of the ring extends from the inner periphery of the inner surface of the ring.
  • the section (the surface) in a plane perpendicular to the X axis of the first portion of each claw of the first group of claws is equal to + or -5% of the section (area) of the first portion of each claw of the second group of claws.
  • the inductor comprises a first coil and a second coil
  • the first group of claws including a first subgroup of claws and a second group of claws
  • the first portions of the claws of the first group of the first group of claws extending from the outer periphery of the inner surface of the ring
  • the first portions of the claws of the second group of claws of the first group extends from the inner periphery of the inner surface of the crown and in that the second group of claws comprises a first and a second subgroup of claws
  • the claws of the first and second group of claws of the second group comprises a first portion extending between the inner periphery and the outer periphery the second portions of the first subgroup of the second group extends towards the inner periphery,
  • the second portions of the second subgroup of the second group extend towards the outer periphery
  • the first coil being mounted between the first portions of the first subgroups of the two groups and the second coil being mounted between the first portions of the second subgroups of the two groups.
  • the inductor is a rotor
  • a rotor for the same external diameter can rotate faster.
  • the at least one coil comprises a conductive wire of circular section.
  • the crown may in this case have a not necessarily flat face extending in a perpendicular to the axis X (radial planar face).
  • the coil comprises a conductive wire of rectangular section.
  • the coil is wound on edge.
  • the invention also relates to an electric machine comprising an inductor according to one of the embodiments described above and an armature mounted vis-a-vis axially of the inductor.
  • the machine comprises a shaft comprising the X axis and in that the inductor is a rotor mounted integral with the shaft.
  • the inductor is a stator and is mounted around the X shaft.
  • the armature forms a bearing of the shaft.
  • the winding of the armature is made by means of pins.
  • the armature may comprise several characteristics of these various embodiments described above.
  • the invention also relates to an alternator comprising an electric machine described above, the electric motor comprising a claw inductor according to one of the embodiments, an armature, the inductor and the armature being mounted facing axially.
  • the invention also relates to an alternator comprising an electric machine comprising a. a tree including the X axis,
  • each of the teeth having an outer surface facing the surfaces of the second portions of the claws, the outer surfaces of the teeth being of complementary shape with the outer surfaces of the second portions of the claws forming an air gap, ii. at least three windings, each winding forming a phase of the armature mounted in notches between teeth of the armature.
  • the number of phases of the armature is 6 or 3.
  • the number of claws is between 10 and 16 claws.
  • the invention also relates to a starter comprising an electric machine described above comprising a claw inductor according to one of the embodiments forming a stator, a rotor armature, the inductor and the armature being mounted vis-a-vis axially.
  • the invention also relates to a starter comprising an electric machine comprising
  • the number of pairs of claws is between 3 and 4 which allows compared to 2 pairs of claws, to improve the flow path between each claw, the armature and the next claw. Indeed, if we have only 1 or 2 pairs of claws, the path of the flow tubes is so abnormally elongated,
  • the winding of the armature is performed by a corrugated winding or nested or multiple corrugated.
  • the drive shaft is the rotor shaft and the inductor comprises eight claws.
  • the starter further comprises a gearbox mounted between the rotor shaft and the drive shaft and in that it comprises between four and six claws.
  • the starter may comprise an armature according to one of the embodiments as described below.
  • the invention also relates to an armature for an axial or transverse axial flow machine described above comprising:
  • an armature piece forming the magnetic circuit of the armature comprising a ring having a rear face and a front face, the ring comprises a central opening comprising an X axis crossing from the front face to the rear face,
  • a plurality of teeth comprising a portion extending from the front face axially, each of the teeth having an external surface, adapted to face an inductor, the portions of the teeth forming between them notches, a winding forming the electrical circuit of the armature comprising at least three phases, each of the phases comprising at least one conductor, the conductor comprising:
  • each of the beams matches the outer circumferential shape of the piece of iron of the armature.
  • the armature of the electric machine has an interest compared to an armature such as in Figure 3b of a claw alternator, in that it is not necessary to fold the phase 63a as in FIG. 6D in the stator. It follows that the insertion of the winding into the pole piece of the armature is easier to achieve. Moreover, because of the easy to implement insertion, the length of the useful portion 631 of the coil before assembly corresponds to the length of the useful portion in the notch, unlike the prior art because of the tilting only a portion of this portion was in the notch, the rest being in the bun.
  • each of the teeth comprises a base extending axially from the front face of the crown.
  • each of the teeth has a T-shape.
  • the teeth each comprise two portions that extend radially circumferentially on either side from the end of the base. away from the crown.
  • the outer surface of each of the teeth comprises the surface of the end of the base and portions. This outer surface is intended to be vis-à-vis the surfaces of the claws of the inductor.
  • the distance between two portions of teeth is identical to the distance between the two outer surfaces of the teeth.
  • the outer surface of the tooth comprises only the end surface of the base.
  • the outer surfaces are plane in a radial or conical concave or convex plane.
  • each outer surface of a tooth has a substantially trapezoidal shape whose smallest base is close to the X axis and the largest base is furthest from the X axis.
  • FIGS. 4a, 4b and 4c respectively represent a three-dimensional view of a set of soft ferromagnetic materials seen from before and of an inductor comprising this assembly of the invention according to a first embodiment seen front and rear;
  • FIG. 5 represents a three-dimensional view of an inductor of the invention according to a second embodiment.
  • the ferromagnetic assembly 4 further comprises a second group of a plurality of claws 4b capable of having all the same polarity opposite to the polarity of the first group of claws 4a.
  • Each claw 4b has a first portion 4b 1 extending axially, from the radial surface 4c 1 of the ring 4c, in the same direction of the first portions 4a1 of the claws 4a of the first group.
  • each claw 4b has a second portion 4b2 extending, from an axial end of the first portion 4b 1 farthest from the ring 4c, in the direction of the axis X.
  • Each of the claws 4b and 4a are arranged so that their second portions 4a2 and 4b2 are angularly alternating around the X-shaft.
  • a claw of the first group has two claws of the second group and vice versa.
  • the inductor 45 further comprises a coil 5 mounted in the assembly 4 about the axis X.
  • the coil 5 is more precisely mounted axially between the ring 4c and the second portions 4a2 and 4b2 of each claw of each group.
  • the coil 5 is mounted between the first portions 4a 1 of the first group and the first portions 4b 1 of the second group.
  • Each claw 4a and 4b has on its respective second portion of the surfaces 4a21 and 4b21 adapted to be vis-à-vis the armature.
  • the internal diameter measured between two surfaces 4al 1 of the second portion 4a2 of two claws 4a vis-à-vis one another is equal to the internal diameter measured between two end surfaces 4b22 of two claws 4b vis-à-vis one another.
  • the surface 4b22 of each of the ends of the claws 4b and the surface 4a 11 of each of the internal claws can be opposite a fan mounted on a shaft 7 (visible in FIG. 6a) for cooling the copper circuit. .
  • the fan is not shown in Figure 6a.
  • this makes it possible to increase the area 4a21 and 4b22 of each claw 4a and 4b, respectively, intended to be opposite the armature 6 as visible in FIG. 6a.
  • the internal diameter D1 and external D2 of the ring is equal to the internal diameter D1 and outer D2 of the claws of the first and second group.
  • a shaft 7 (visible in FIG. 6a) mounted in the opening of the inductor comprising a portion 71
  • the second portions 4a2 of the first claw group 4a and the second portions 4b2 of the second claw group 4b have the same trapezoidal shape.
  • the trapezoidal shape allows to have a gap width between two claws homogeneous.
  • this allows in the case where the second portions are portions reported on the first portions during assembly to have identical parts and therefore to be cheaper and more effective in the manufacturing process.
  • the ring 4c and the claws of the first group comprise an inner diameter smaller than the internal diameter of the claws 4b of the second group.
  • This embodiment can be arranged so that the inductor forms the rotor.
  • the crown may thus comprise an opening to be mounted directly on the rotor shaft comprising the X axis.
  • the alternator 8 further comprises an armature 6, mounted around free to rotate around the shaft.
  • the armature forms the stator and is vis-à-vis axially of the inductor.
  • the alternator further comprises a carcass 81 and two bearings each of which are provided in this case with two ball bearings 82a, 82b.
  • the bearings could be provided by other types of bearings.
  • Each of the two bearings 82a, 82b are mounted on both sides on the shaft 7.
  • the armature 6 and the inductor 45 are mounted between these two bearings 82a, 82b.
  • the armature 6 is mounted integral with the carcass 81 and axially opposite the inductor 45.
  • the rolled sheet is therefore in this case a strip whose width is constant
  • the band would be a decreasing or increasing width respectively.
  • the armature 6 comprises a ring in massive piece and in that each reported tooth is formed with a stack of stacked sheets, each of which sheets are tooth-shaped , that is to say a part of the base and the two portions.
  • the ring is a solid piece or a rolled sheet and the teeth 62 are fixed on this ring for example by welding.
  • the armature further comprises a winding 63.
  • the winding 63 is in this case a corrugated three-phase winding or three phases. However it could have 6 phases to form a double three phase. In the case of 6 phases, for example the armature would comprise 72 notches, the winding could be achieved by inserting in a first phase the three phases of a first three phase then in a second time the other three phases of the second three phase either in inserting in turn a phase of the first three phase then a phase of the second three phase etc.
  • the winding could be made according to other types of known winding as nested.
  • FIG. 6C shows the winding 63 devoid of the pole piece 61.
  • the winding comprises three corrugated phases 63a, 63b, 63c.
  • Figure 6D shows a single-phase winding 63a.
  • Each phase 63a, 63b, 63c comprises active strands also called useful portions 631 and connection portions also called external portions 632 connecting two outer ends of two useful portions and inner portions 633 connecting two inner ends of two useful portions.
  • each phase forms a flower-shaped coil whose petals are trapezoidal.
  • a petal is formed by two useful portions 631 and an outer portion 632 and each petal are connected by the inner portions 633.
  • the application EPI 223660 represents in Figure 13A two flower-shaped coils of the prior art whose petals are rectangular.
  • each of the phases are inserted between two teeth 62 forming a notch 64.
  • each of the phase portions is inserted into notches 64.
  • the length of each useful portion 631 of the coil of a phase of the armature 6 is greater than the useful portion of the prior art. It follows that compared to the prior art for a sum of length of the inner and outer portions forming the bun compared to the prior art, there is more useful portion length. There is therefore for the same length of coil before folding flower-shaped, a larger percentage of useful portion than internal and external portion forming the bun which is useless than compared to the prior art. There is therefore a better performance of the machine.
  • the winding is for example a distributed wavy winding, and can be a tri-phased double winding.
  • Each of the phases 63a, 63b, 63c may be formed by a single conductor forming one or more turns.
  • each useful portion 631 can be formed from a single section of the conductor or several sections of the conductor respectively.
  • An input and an output is therefore connected either to diodes in the case of an alternator, in other words the armature is static, also called a stator, or to brooms in the case of a motor operation, ie the armature forms a rotor, for example for a starter.
  • Each of the phases 63a, 63b, 63c may also be formed by two or more conductors each forming one or more turns.
  • each notch 64 has at least two conductors.
  • Each conductor of a phase is electrically connected at each of their ends to the other corresponding ends of the other or the other conductor.
  • each phase 63a, 63b, 63c as in FIG. 6d of winding can therefore be inserted axially into the notches 64.
  • the armature 6 of the electric machine has an interest compared to an armature such as in FIG. a claw alternator in that it is not necessary to fold the phase 63a as in Figure 6D in the stator. It follows that the insertion of the winding into the pole piece of the armature is easier to achieve.
  • the length of the useful portion 631 of the reel before assembly corresponds to the length of the useful portion in the notch, unlike the prior art because of the tilting only a portion of this portion was in the notch, the rest being in the bun.
  • Each notch therefore comprises in this example a phase or a phase per notch.
  • the pitch between each notch of a phase is 3 because there are three phases.
  • Each of the inner 633 and outer 632 portions of each phase forms an inner 633A and outer 632A bun respectively.
  • the 633A internal bun is shorter than the 632A external bun.
  • Overall the length of the coil is reduced (ie the developed is reduced) compared to the prior art, so there is less resistance and therefore less RI 2 .
  • FIG. 7 shows an alternator.
  • the alternator is identical to that previously described in the embodiment described with respect to FIGS. 6A to 6E except for the characteristics described below.
  • the alternator comprises an electric machine according to a second embodiment comprising the inductor 4 of the second embodiment.
  • the alternator comprises an X axis shaft but whose diameter at the level of the attachment of the inductor on the shaft is substantially the same as that on which is mounted a pulley 83 of the alternator.
  • the armature 6 is identical to that described above and is mounted around the shaft 7.
  • the outer surfaces of the teeth are therefore of complementary shape with a portion of the external surfaces of the second portions of the claws. Between the two outer surfaces an air gap is formed.
  • Three coils each forming a phase is mounted identically that the armature described in relation to Figures 6a to 6E, each coil forming a phase of the armature mounted in notches between the teeth of the armature.
  • An electronic part 84 is mounted on the yoke of the electric machine.
  • the electronic part comprises a diode bridge as known in the prior art connected to the inputs and outputs of the different phases.
  • the coupling can be either triangle or star.
  • the electronic part can also be incorporated on the alternator of Figure 6a in the same way.
  • the alternator of the example shown in FIG. 7 further comprises a fan 85 mounted against the rear face 4c2 of the pole piece 4 of the inductor 45.
  • Openings 811 are located in the part of the front face 81a of the carcass 81.
  • Front face of the carcass means the face of the carcass on the side of the pulley 83.
  • the carcass may have a small thickness or have a portion of plastic since it is not useful for the magnetic part.
  • the carcass 81 comprises two bearing portions, one on the front face and one on the rear face.
  • these portions are for example metal and the plastic portion is overmolded on these bearing portions.
  • These bearing portions each form a bearing housing in this case a ball bearing.
  • FIG. 8a shows a third embodiment of an inductor 4 ".
  • the third embodiment shown in FIG. 8a is identical to that of FIG. 4a except that it comprises 6 claws, 3 claws 4a of the group of internal claws and 3 claws 4b of the group of external claws.
  • FIG 8b shows a section of an electric machine 9 according to a third embodiment without its carcass.
  • This electric machine 9 also comprises the inductor 4 "of a third embodiment, a shaft 7, a not shown casing and an armature 6.
  • the inductor 4" is mounted integral with the carcass, not shown. .
  • the armature 6 ' is wound according to a new embodiment described below.
  • the armature 6 ' is mounted integral with the shaft 7 not shown.
  • the shaft 7 is mounted to rotate relative to the carcass not shown by means of two bearings in this case comprising a bearing 82a in front and a bearing 82b behind, in this case ball bearings.
  • FIG 9a shows an exploded view of the armature 6 'of the electric machine of Figure 8b.
  • Figure 9d shows a front view of these phases. Between each tooth 62, a notch 64 is formed. Each phase is likened to a pair of notches 64 between the teeth 62.
  • Each conductor 66 comprises two strands 661 inserted into the notches and a connecting portion 662 connecting the two strands 661. Two strands 661 of two different conductors are inserted into each of the notches.
  • Each of the strands 661 is connected to the blade collector 72, in particular to the heel of the collector 72.
  • the ends of the strands can be identical to the pins of conventional starters of the prior art be inserted into notches of the heel and then be welded or compacted and glued with a varnish in their associated notches.
  • the winding in this case forms a corrugated winding but could also be nested or corrugated multiple.
  • the electric machine 9 is particularly suitable for starters.
  • the invention also relates to a starter comprising this electric machine 9.
  • FIG. 10a shows a starter 91 comprising the electric machine according to the third embodiment.
  • the starter 91 further comprises a meshing member 92 such as a pulley or pinion for training with the crown of the engine of the vehicle, for example a car.
  • This meshing member may be fixed or movable, for example a pinion, with respect to the yoke.
  • the drive member 92 is movable and is a pinion
  • the starter 91 further comprises a switch 93 adapted to move the pinion 92.
  • the drive member 92 moves through a launcher 921 mounted on a drive shaft 94.
  • the drive shaft can directly be the shaft 7 of the electric machine 9.
  • the electric machine can be devoid of reducer.
  • a gearbox 95 in this case an epicyclic gearbox, is mounted between the electric machine 9 and the drive shaft 94.
  • Figure 10b shows the electric machine of the third embodiment of the starter provided with a sun gear 951 mounted on the shaft 7.
  • the figurelOc represents the rotor of the electric machine of the starter.
  • the set of connection portions 662 of the conductors 66 of the armature of the rotor forms a bun visible in FIGS. 10b and 10a. This bun has the characteristic of being very small radially and does not extend axially the armature of the electric motor.
  • the winding of the armature is performed by a corrugated winding or nested or multiple corrugated, in this case the electric machine 9 is made by means of a corrugated winding.
  • the electric machine 9 is made by means of a corrugated winding.
  • a starter whose drive member and mobile starter further comprises a contactor adapted to move the pinion.
  • the drive member moves through a launcher mounted on a drive shaft.

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Abstract

Machine électrique tournante à griffes comprenant un axe X, l'inducteur comprenant des surfaces d'entrefer agencées pour être en vis-à-vis d'un induit d'une machine électrique l'un après l'autre suivant l'axe X.

Description

Inducteur bobiné d'une machine électrique à griffes à entre fer axial.
La présente invention concerne les inducteurs bobinés de machines électriques tournantes, notamment les machines électriques tournantes pour véhicule automobile, en particulier terrestre.
Il existe des inducteurs à aimants permanents et des inducteurs bobinés. Pour des moteurs électriques dont l'application exige un niveau important de couple iso volume. L'inducteur peut avoir un avantage à être bobiné. En effet, une machine à noyau de fer bobiné peut produire une induction de 2 Tesla alors que les aimants d'aujourd'hui sont entre 0,35 et 0,4 pour les ferrites et de 1 ,2 à 1 ,4 tesla pour les aimants au néodyme (NdFeB) qui sont de plus très chers et donc sont limités par leurs caractéristiques.
Dans l'état de la technique, il existe deux grandes familles d'inducteur à noyau de fer bobiné, dit inducteur bobiné, de moteur électrique.
La plus répandue est la famille d'inducteur bobiné de moteurs électriques à flux radial dont la surface d'entrefer est de forme cylindrique, par exemple les inducteurs de moteurs de démarreurs. Les machines électriques à flux radial sont les plus utilisées pour les démarreurs de véhicule. Les figures 1A et 1B représentent schématiquement une coupe dans un plan perpendiculaire à un axe de rotation, d'une machine électrique à flux radial, appelée aussi à champ radial. La machine électrique 1 de la figure 1 A comprend un stator 10 comprenant des bobines inductrices 101 et une culasse 102 formant l'inducteur 100. La machine électrique 1 comprend en outre un rotor 11 entouré par le stator 10. Le rotor 1 1 comprend un induit 1 10 et un arbre de rotor 111.
La figure 2a représente schématiquement l'effet magnétique de deux bobines inductrices 101 et 101 ' (fîg.2b) telles que celle de la machine 1. Dans ce mode de réalisation l'inducteur comprend quatre pôles et donc quatre bobines d'inducteur dont seulement deux sont visibles sur la figure 3b. Sur cette figure 3b, un cylindre est dessiné représentant schématiquement le rotor 11. Chacune des bobines inductrices 101 et 101 ' entoure une pièce polaire non représentée. La bobine inductrice 101 produit avec la pièce polaire un pôle Nord vers l'entrefer, la lettre N sur la figure représente la polarité Nord. La bobine inductrice 101, située à 90° de la bobine inductrice 101, produit avec la pièce polaire un pôle Sud vers l'entrefer, la lettre S sur la figure représente la polarité Sud. Un autre pôle Nord est situé à 180° du pôle Nord de la bobine 101 représenté par la lettre N et un autre pôle Sud est situé à 180° mécaniquement ou 360° électriquement, du pôle sud de la bobine 101 ' représenté par la lettre S. La figure 2a représente des tubes de flux produits par les bobines inductrices de la machine électrique 1. Chacun des tubes de flux forment une boucle dans un plan perpendiculaire à l'axe. Dans un même plan, quatre boucles 12 et 12' de flux associés chacun aux quatre pôles sont représentés dans la figure 3a. Deux boucles de flux 12' d'un pôle Nord vers le pôle Sud tournent en sens contraire, pour aller du pôle nord vers les deux pôles Sud contigus, d'une boucle de flux 12 d'un pôle sud vers le pôle nord. Ces boucles de flux avec le champ magnétique produit par l'induit permettent de faire tourner le rotor de la machine électrique. Dans une machine à flux radial, il y a des boucles tournant dans une multitude de plans perpendiculaires à l'axe. Seulement deux plans perpendiculaires à l'axe de rotation sont représentés en figure 2a.
Entre le rotor et le stator il y a un espace appelé entrefer. Chaque boucle de flux passe du stator au rotor par l'entrefer une première fois puis et du rotor au stator par l'entrefer une seconde fois dans le même plan radial. Les machines électriques à flux radial sont donc constituées d'un inducteur et d'un induit dont les éléments sont tous empilés radialement i.e à différents niveaux de rayons. Par éléments on entend, culasse statorique, culasse rotorique, bobines ou aimants inducteurs.
Les machines électriques à inducteur bobiné à flux radial ou axial comprennent des chignons (ou têtes de bobines) respectivement axiaux ou radiaux. En d'autres termes, les machines à flux radial sont dites machine 2D, dont la boucle de flux circule dans un plan perpendiculaire à l'axe, en particulier aux droits des tôles du paquet de tôles. Autrement dit, chacune des boucle est bidimensionnelle, appelée aussi courbe plane. L'inconvénient de la première famille, c'est que les bobines de l'inducteur ont des têtes de bobines. Ces têtes ont pour fonction uniquement de raccorder les parties de bobines logées dans les encoches séparées par des pièces pour former des ampères tours et donc le flux nécessaire à travers chacune des pièces polaires. Chacune des têtes de bobines rajoute de la longueur à la bobine. Cette longueur non utile pour les ampères tours (par référence à l'application du théorème d'Ampère) introduit de la résistance dans la bobine. Cette résistance diminue la puissance utile du moteur du fait des pertes RI2. Autrement dit, plus les têtes de bobines sont importantes plus le rendement de la machine électrique est faible et plus, à niveau de RI2 donné, il faut loger des conducteurs de plus grosses sections dans les encoches ce qui se fait au détriment du flux par pôle et/ou par dent d'induit. Une solution connue est d'augmenter le volume de matériaux actif, ici la section du fil conducteur, par exemple du cuivre, cependant soit à densité de couple volumique on a moins de couple du fait d'un nombre d'ampères tours plus petit soit on augmente le volume pour le même couple. Une telle solution augmente le volume de la tête de bobine et donc la quantité de cuivre est plus importante engendrant un surcoût et une sur masse.
De plus, une telle forme cylindrique impose une machine étendue significativement selon la direction axiale.
Dans toutes ces différentes machines, le stator comprend un induit ou un inducteur comprenant des bobines ayant des chignons.
Pour diminuer le coût des conducteurs et le poids de la machine électrique, cuivre ou aluminium, on cherche à diminuer la taille de ces chignons, notamment par le biais d'épingles.
Une des solutions connues pour supprimer ces chignons, sont les machines à flux transversal comprenant des inducteurs à aimant et des induits à griffes comprenant une bobine solénoïde d'induit entourant l'axe de rotation entre deux griffes voisines. Cette solutions ne résout ni le problème de coût du fait des aimants plus onéreux à iso performance que le cuivre ou l'aluminium ni le problème d'adaptabilité du fait du niveau d'induction en Tesla figé par les aimants. La seconde famille est la famille d'inducteur bobiné de moteur électrique à flux transversal de forme cylindrique avec induit à flux radial. La figure 3 a montre schématiquement un inducteur 3 à flux transversal. On appelle inducteur à flux transversal lorsqu'il y a coexistence de directions radiale et axiale de tubes de flux, les figures 3C et 3D montrent ces tubes de flux 31 ayant des composantes radiales 311 et axiales 312. Ces machines à flux transversal ont des boucles de flux non contenue dans un plan. Autrement dit, chacune des boucles est tridimensionnelle, appelée courbe gauche, par opposition à courbe plane. Par exemple, il existe des alternateurs ou alterno-démarreur pour automobile comprenant un inducteur rotor 3 comprenant une bobine inducteur 32 et deux demi-pièces polaires 30 comprenant des griffes 303. Les deux pièces polaires 30 sont assemblées ensemble pour enfermer la bobine 32 par le biais des griffes 303. Sur la figure 3C, seule une portion de l'inducteur est représentée sans la bobine 32. Un induit stator 300 est représenté schématiquement sur la figure 3C. L'induit stator 300 comprend des bobines (non représentée complètement) induit bobinées dans des encoches de plusieurs tôles encochées. Les bobines de l'induit convertissent la variation de flux lorsque l'inducteur rotor 3 tourne en tension induite générant ainsi du courant électrique. L'inducteur rotor 3 comporte un arbre rotor 34.
La boucle de flux 31 passe donc dans un premier plan radial d'une première roue polaire puis axialement dans une première griffe puis radialement dans l'entrefer entre le rotor et le stator puis dans le stator dans un plan axial avec des composantes axiales et radiales puis une seconde fois dans un plan radial traversant l'entrefer une seconde fois puis dans une seconde griffe décalée de la première griffe et enfin dans un plan radial d'une deuxième roue polaire. Par plan radial on entend un plan perpendiculaire à l'axe X de rotation de la machine et un plan axial un plan comprenant l'axe X.
Un inconvénient de cette deuxième famille est la difficulté de bobiner pour du flux radial l'induit adapté à ce type d'inducteur. En effet il est difficile d'insérer le ou les conducteurs dans des encoches parallèles à l'axe ainsi que de connecter ces conducteurs (par exemple épingles) ou de réaliser un ordre d'insertions de manières à entrecroiser les conducteurs dans le chignon pour diminuer la taille du chignon.
De plus, Les rotors inducteurs à griffes ne peuvent aller au-delà d'une certaine vitesse du rotor du fait des griffes qui se déforment par la force centrifuge.
Ces deux types d'inducteurs bobinés sont encombrants axialement. Il existe des inducteurs à flux axial qui prennent moins de place axialement mais sont à aimants et donc sont limités aux types d'aimants. Cette solution ne résout ni le problème de coût du fait des aimants plus onéreux à iso performance que le cuivre ou l'aluminium ni le problème d'adaptabilité du fait du niveau d'induction en Tesla figé par les aimants.
Il y a un besoin d'avoir des machines simples de fabrication et de diminuer le volume du moteur électrique dans la direction axiale.
A iso performance, les surfaces d'entrefer des machines à flux radial ont un diamètre plus petit et une longueur axiale plus grande que les machines à flux axial.
L'invention résout ces différents problèmes à iso performance.
L'invention concerne une machine électrique tournante comprenant un inducteur à griffes comprenant un axe X, l'inducteur comprenant des surfaces d'entrefer agencées pour être en vis-à-vis d'un induit d'une machine électrique l'un après l'autre suivant l'axe X.
L'inducteur est adapté à être monté dans une machine électrique de manière à tourner autour de l'axe x.
Ainsi l'invention concerne aussi une machine dont l'induit est en vis-à-vis de l'inducteur et non autour ou encerclé de l'inducteur. En d'autres termes, l'induit et l'inducteur ont le même diamètre externe utile. L'entrefer entre l'induit et l'inducteur de la machine est soit totalement dans un plan perpendiculaire à un axe soit une forme conique (plus proche axial que radial) ayant pour axe l'axe X de la machine.
Par plus proche axial que radial on entend le fait que le cône comprend un angle, mesuré dans la matière entre sa surface inclinée par rapport à l'axe X et l'axe X, qui soit compris entre un angle de 135° par rapport à l'axe X et un angle de 45° par rapport à l'axe X sauf 90°, (dans le cas d'un angle à 90°, il n'ya pas de forme de cône et l'entrefer est dans un plan perpendiculaire à l'axe X).
Ainsi, un tel inducteur bobiné permet d'être adapté pour un induit axial et donc d'avoir à la fois les avantages d'une machine à griffes ainsi que l'avantage de la machine axiale sur l'encombrement axial.
L'invention concerne en particulier un inducteur à griffes comprenant
■ un ensemble en matériaux ferromagnétiques doux tel que de l'acier doux
comprenant :
une couronne autour d'un axe X formant le noyau de l'inducteur, un premier groupe d'une pluralité de griffes apte à avoir une même polarité comprenant chacune :
• une première portion s 'étendant axialement à partir de la couronne,
• une deuxième portion s 'étendant radialement, dans un premier sens opposé au sens vers l'axe X, à partir d'une extrémité axiale de la première portion la plus éloignée de la couronne,
- un deuxième groupe d'une pluralité de griffes apte à avoir une polarité opposée à la polarité du premier groupe de griffe, comprenant chacune :
• une première portion s 'étendant axialement, à partir de la couronne, dans le même sens des premières portions des griffes du premier groupe,
• une deuxième portion s'étendant radialement, à partir d'une extrémité axiale de la première portion la plus éloignée de la couronne, dans un sens vers l'axe X, et
■ une bobine montée dans l'ensemble autour de l'axe X entre la première surface interne de la couronne et les griffes de chaque groupe de griffes et entre les premières portions du premier groupe et les premières portions du deuxième groupe.
Cet inducteur comprend donc des griffes dont les deuxièmes parties comprennent une surface apte à former l'entrefer avec un induit. L'inducteur est donc monté en vis-à-vis axialement de l'induit.
Par monter en vis-à-vis axialement on entend le fait que l'inducteur comprend des faces en vis-à-vis axialement de l'induit.
Par « groupe d'une pluralité de griffes apte à avoir une polarité », on entend que toutes les griffes sont aptes à avoir la même polarité.
L'induit n'entoure donc pas la bobine de l'inducteur mais fait face à la bobine et aux deuxièmes portions de chaque griffe. Selon différente forme de griffes, l'induit peut entourer une partie des deuxièmes portions de griffes.
La couronne comprend un passage comprenant l'axe X traversant la couronne entre la surface interne et une autre surface externe opposée à la première surface interne pour entourer un arbre d'axe X. Selon un mode de réalisation, la bobine est une bobine de forme solénoïde circulaire. Cela permet d'avoir le meilleur rendement par rapport à la quantité de cuivre exploitée. En effet il n'y a pas de tête de bobine appelé aussi chignon.
Selon un mode de réalisation, la surface interne est une surface radiale plane perpendiculaire à l'axe X de rotation de la machine et en ce que les premières portions de chacun des au moins deux groupes s'étendent à partir de cette surface plane.
Cela permet d'avoir de pouvoir disposer une bobine ayant un flan radiale, c'est-à-dire une surface qui s'étend dans un plan radial par rapport à l'axe X. Ainsi cela facilite le montage.
Selon un mode de réalisation, les deuxièmes portions de chaque griffe de chaque groupe comprennent une surface interne perpendiculaire à l'axe en vis-à-vis de la bobine.
Cela permet d'avoir un bon transfert de chaleur entre une bobine bobinée sur chant en remplissant le plus possible la section du logement de la bobine. En effet, les plus grandes faces de la bobine en vis à vis de la pièce de fer sont en contact avec celle-ci ( la première et deuxième d'une griffe et la couronne)
Les première et deuxième faces de la bobine sont en contact en alternance avec les faces des premières portions interne et externe respectivement et en ce que cette première et cette deuxième surface sont cylindrique.
Le logement de la bobine est réalisé entre : la couronne et les deuxièmes portions de chaque griffe de chaque groupe et entre les premières portions du premier groupe et les premières portions du deuxième groupe.
Selon un mode de réalisation le conducteur de la bobine est à section rectangulaire. Cela permet d'améliorer le transfert de chaleur entre les spires et de mieux remplir l'encoche pour ce bobinage inducteur
Selon un mode de réalisation, la bobine est bobinée sur chant sur une seule rangée axiale. Cela permet d'avoir une bobine en spirale à plat sans caractère d'hélice. En effet l'hélice à comme inconvénient d'avoir pour une spire deux épaisseur du conducteur. De plus le bobinage sur chant permet de faciliter l'entrée et une sortie de la bobine simple.
Selon un mode de réalisation, les deuxièmes portions de chaque griffe de chaque groupe comprennent une surface externe radiale s 'étendant dans un plan radial par rapport à l'axe x de rotation, les surfaces externe radiales étant apte à être en vis-à-vis d'une surface externe de l'induit correspondant la surface externe radiale pour un entrefer axiale constant. Cela permet d'avoir une plus faible reluctance et donc un meilleur niveau de flux à même niveau d'ampère tourset donc de couple et de FEM. Cela permet de plus d'alléger la machine et d'avoir un meilleur rendement ratio flux / masse.
Selon un autre mode de réalisation que le précédent, les deuxièmes portions de chaque griffe de chaque groupe comprennent une surface externe apte à être en vis-à-vis de l'induit qui s'étendent dans un plan incliné par rapport au plan radial d'un angle a compris entre 1 et 45°.
Cela permet d'augmenter la surface en vis-à-vis de l'induit pour un même
encombrement radial (diamètre). Bien entendu, l'induit comprend des formes complémentaires aux griffes afin de minimiser l'entrefer. L'induit comprend donc des surfaces en vis-à-vis de l'induit, ces surfaces étant complémentaires à celle des griffes pour former un entrefer à épaisseur constant. Par épaisseur d'entrefer on entend la distance la plus faible entre l'induit et l'inducteur.
En effet , le fait d'augmenter la surface en vis-à-vis a pour résultat de pouvoir augmenter le couple.
Selon un mode de réalisation, les surfaces inclinées externes des deuxièmes portions sont inclinées de manière à former ensemble un volume convexe suivant l'axe X. Ainsi un entrefer convexe peut être formé avec l'induit correspondant.
Cela permet, tout en gardant une même épaisseur qu'une griffe ayant une surface externe non incliné d'augmenter le logement de la bobine, on peut mettre plus de cuivre notamment avec une bobine à fil de section circulaire.
Selon un autre mode de réalisation, les deuxième portions comprennent, sur chaque deuxième portion, des surfaces externes en vis-à-vis de la bobine de manière à former ensemble un volume concave par rapport à l'axe X.
Cela permet qu'en cas de force centrifuge importante sur l'inducteur tournant tel que pour un alternateur, la déformation des extrémités des griffes ne soit pas orientée vers l'entrefer. Ainsi il est possible d'avoir un entrefer initialement très faible.
Selon un mode de réalisation, les deuxièmes portions de chaque griffe d'un groupe de griffe de chaque groupe comprennent une section trapézoïdale dans un plan qui contient l'axe.
Selon un exemple de ce mode de réalisation la surface interne est inclinée par rapport à la surface externe et en ce que l'épaisseur est inférieur à son extrémité libre qu'à son extrémité accolée à la deuxième portion.
Cela permet d'économiser du fer et de réduire les flux de fuites. Selon un exemple, les griffes internes du premier groupe comprennent une surface interne inclinée selon l'exemple précédent et les griffes externes du deuxième groupe comprennent une surface interne perpendiculaire à l'axe x selon l'exemple précédent. Cela permet d'optimiser l'emploi du fer par rapport à la résistance mécanique des griffes et une réduction de flux utile.
Selon un mode de réalisation, chacune des deuxième portions des griffes comprend une surface interne en vis-à-vis de la bobine et une surface externe apte à être en vis- à- vis de l'induit, et en ce que la surface interne et la surface externe sont inclinées l'une de l'autre de manière à ce que la deuxième portion a une section, dans un plan comprenant l'axe X, de forme trapézoïdale.
Par de forme trapézoïdale on entend sensiblement de forme trapèze.
Selon un exemple la première base a une forme d'arc de cercle et non d'une droite. Cela permet d'avoir une forme cylindrique de l'inducteur et non polygonale.
Selon un autre exemple, la deuxième base est de la forme d'un arc de cercle. Cela permet de soit réaliser un montage sur l'arbre de rotation plus facile soit d'avoir une forme qui épouse celle de l'induit au niveau de l'arbre voire de permettre de réaliser un palier de l'arbre de l'induit en introduisant un roulement à billes ou un autre type de roulement entre l'arbre d'induit et les griffes.
Selon un autre exemple, la surface a une forme trapézoïdale isocèle. Cela permet d'homogénéiser les formes des griffes. Selon un mode de réalisation, la première partie du premier groupe de griffes s 'étendant à partir de la surface interne de la couronne, s'étend à partir de la périphérie externe de la surface interne de la couronne et en ce que la première partie du deuxième groupe s 'étendant à partir de la surface interne de la couronne, s'étend à partir de la périphérie interne de la surface interne de la couronne.
Cela permet d'avoir de la place entre les deux premières parties de chaque groupe de griffes pour une seule bobine.
Selon un mode de réalisation, la section (la surface) dans un plan perpendiculaire à l'axe X de la première portion de chaque griffe du premier groupe de griffes est égale à +ou- 5% de la section (surface) de la première portion de chaque griffe du second groupe de griffes.
Cela permet d'avoir une réluctance homogène entre le groupe de griffe du premier et second groupe. Ainsi il y a un équilibre entre les griffes du pôle Sud et du pôle nord. Selon un mode de réalisation l'inducteur comprend une première bobine et une deuxième bobine,
le premier groupe de griffes comprenant un premier sous groupe de griffes et un deuxième sous groupe de griffes, les premières portions des griffes du premier sous groupe du premier groupe de griffes s'étendant à partir de la périphérie externe de la surface interne de la couronne les premières portions des griffes du deuxième sous groupe de griffes du premier groupe s'étend à partir de la périphérie interne de la surface interne de la couronne et en ce que le deuxième groupe de griffes comprend un premier et un second sous groupes de griffes,
les griffes du premier et second groupe de griffes du deuxième groupe comprend une première portion s'étendant entre la périphérie interne et la périphérie externe les deuxièmes portions du premier sous groupe du second groupe s 'étends vers la périphérie interne,
les deuxièmes portions du deuxième sous groupe du second groupe s 'étends vers la périphérie externe,
la première bobine étant montée entre les premières portions des premiers sous groupes des deux groupes et la deuxième bobine étant montée entre les premières portions des deuxièmes sous groupes des deux groupes.
Cela permet d'avoir moins de perte de flux du fait des longueurs le long du rayon plus petites des deuxièmes portions de griffes.
Dans le cas où l'inducteur est un rotor cela permet de diminuer la longueur des deuxièmes portions de griffes et donc de mieux supporter la force centrifuge. Ainsi un tel rotor pour un même diamètre externe peut tourner plus vite.
Selon un mode de réalisation l'au moins une bobine comprend un fil conducteur de section circulaire.
Cela permet de remplir le logement de forme quelconque et de bobiner facilement. En effet, la couronne peut dans ce cas avoir une face pas forcément plane s'étendant dans un perpendiculaire à l'axe X (face plane radiale).
Selon un mode de réalisation la bobine comprend un fil conducteur de section rectangulaire.
Cela permet d'avoir un meilleur taux de remplissage.
Selon le mode de réalisation précédent, la bobine est bobinée sur chant.
Il est possible d'entrer et de sortir par la périphérie externe contrairement à un bobinage sur méplat où une sortie ou entrée serait sur la périphérie interne et l'autre entrée ou sortie respectivement serait sur la périphérie externe.
En effet dans le cas d'un bobinage sur méplat, il y aurait plus d'une rangée pour une même quantité de cuivre que sur chant avec une seule rangée et l'entrée ou la sortie serait nécessairement soit sur la périphérie interne ca qui augmenterait la longueur de la partie de connexion de la bobine et en outre se situe dans une zone dont la contrainte d'encombrement est sévère.
L'invention concerne aussi une machine électrique comprenant un inducteur selon un des modes de réalisation décrits précédemment et un induit monté en vis-à-vis axialement de l'inducteur. Selon un premier mode de réalisation, la machine comprend un arbre comprenant l'axe X et en ce que l'inducteur est un rotor monté solidaire de l'arbre.
Selon un second autre mode de réalisation de la machine comprenant un arbre comprenant l'axe X et en ce que l'inducteur est un stator et est monté autour de l'arbre X.
Selon un exemple du second mode de réalisation de la machine l'induit forme palier de l'arbre.
Selon un exemple de cette machine, le bobinage de l'induit est réalisé par le biais d'épingles.
L'induit peut comporter plusieurs caractéristiques de ces différents modes de réalisations décrits précédemment.
L'invention concerne aussi un alternateur comprenant une machine électrique décrit précédemment, le moteur électrique comprenant un inducteur à griffes selon un des modes de réalisation, un induit, l'inducteur et l'induit étant montés en vis-à-vis axialement.
L'invention concerne aussi un alternateur comprenant une machine électrique comprenant a. un arbre comprenant l'axe X,
b. un inducteur selon un mode de réalisation précédemment décrit
précédemment, dans lequel le nombre de griffes par groupe de griffes est compris entre 5 et 8 et en ce que l'inducteur est monté sur un arbre lié en rotation avec l'arbre,
c. un induit monté autour libre en rotation autour de l'arbre, l'induit forme un stator et est en vis-à-vis axialement de l'inducteur, comprenant
i. une pluralité de dents, chacune des dents ayant une surface externe en vis à vis de surfaces des deuxièmes portions des griffes, les surfaces externes des dents étant de forme complémentaire avec les surfaces externes des deuxièmes portions des griffes formant un entrefer, ii. au mois trois bobinages, chaque bobinage formant une phase de l'induit montée dans des encoches entre des dents de l'induit.
Selon un mode de réalisation de l'alternateur, le nombre de phases de l'induit est de 6 ou 3.
Selon un mode de réalisation de l'alternateur, le nombre de griffes est compris entre 10 et 16 griffes.
Cela permet de diminuer la taille des griffes et donc d'être plus résistant à la force centrifuge, de plus au-delà de 16 griffes il y a trop de pertes fer. L'alternateur peut comprendre un induit selon un des modes de réalisations tel que décrit ci-après.
L'invention concerne aussi un démarreur comprenant une machine électrique décrit précédemment comprenant un inducteur à griffes selon un des modes de réalisation formant stator, un induit formant rotor, l'inducteur et l'induit étant montés en vis-à-vis axialement.
L'invention concerne aussi un démarreur comprenant une machine électrique comprenant
a. un arbre comprenant l'axe X,
b. un inducteur selon l'invention décrit selon les modes de réalisations
précédemment dans lequel le nombre de griffes par groupe de griffes est compris entre 3 et 4 et en ce que l'inducteur est monté autour de l'arbre libre en rotation avec celui-ci formant le stator,
c. un induit monté fixe sur l'arbre formant le rotor en vis-à-vis axialement de l'inducteur, comprenant une pluralité de dents, chacune des dents ayant une surface externe en vis à vis de surfaces des deuxièmes portions des griffes, les surfaces externes des dents étant de forme complémentaire avec les surfaces externes des deuxièmes portions des griffes formant un entrefer, l'induit comprenant un bobinage monté dans des encoches entre les dents de l'induit, d. un collecteur monté sur l'arbre lié en rotation avec celui-ci comprenant des lames reliant les bobinages de l'induit.
Le nombre de paires de griffes est compris entre 3 et 4 ce qui permet par rapport à 2 paires de griffes, d'améliorer le trajet de flux entre chaque griffe, l'induit et la griffe suivante. En effet, si on n'a que 1 ou 2 paires de griffes, le chemin des tubes de flux est tellement anormalement allongé,
proportionnellement dans une direction, distordu, que le ratio de la machine « flux de fuites sur flux utile » est trop élevé soit environ supérieure à 20%. Le nombre de paires de griffes est compris entre 3 et 4 ce qui permet par rapport à 5 ou plus de contrôler et/ou d'améliorer la commutation sur l'induit (entre balais/lames collecteur) au moyen d'un décalage angulaire balais/pôles- inducteur bien défini ; l'efficacité ou la qualité de ce moyen se trouvant donc directement liée à la tolérance mécanique de la disposition des balais. Ainsi, par exemple pour fabriquer avec une tolérance angulaire électrique de 2°, alors il faut assurer pour un nombre de paires de pôles de 5, une position des balais sur le collecteur une tolérance de 2/5 = 0,4° mécanique ce qui est très difficile à réaliser, la formule étant que la tolérance de positon angulaire des balais sur le collecteur est égale à la tolérance angulaire électrique divisée par le nombre de paire de pôles de l'inducteur. En effet, en dessous de 0,5° de tolérance angulaire mécanique, les machines de production pour fabriquer les éléments des cages à balais et rondelle porte balai ainsi que leur positionnement relatif impliqueraient au moins de multiplier par 2, le prix du coût de production pour 0.1° de tolérance en moins.
Selon un exemple du démarreur de l'invention, le bobinage de l'induit est réalisé par un bobinage ondulé ou imbriqué ou encore ondulé multiple.
Les lames sont reliées à différentes sections, appelées aussi phase, formant le bobinage de l'induit.
Selon un exemple, compris entre quatre et huit griffes.
Selon un exemple, l'arbre d'entraînement est l'arbre du rotor et en ce que l'inducteur comprend huit griffes.
Selon un autre exemple, le démarreur comprend en outre un réducteur monté entre l'arbre rotor et l'arbre d'entraînement et en ce que il comprend entre quatre et six griffes.
Le démarreur peut comprendre un induit selon un des modes de réalisations tel que décrit ci-dessous.
L'invention concerne aussi un induit pour machine à flux axial ou transverse axial décrit précédemment comprenant :
-une pièce fer d'induit formant le circuit magnétique de l'induit comprenant -une couronne ayant une face arrière et une face avant, la couronne comprend une ouverture centrale comprenant un axe X traversant de la face avant à la face arrière ,
- une pluralité de dents comprenant une portion s 'étendant à partir de la face avant axialement, chacune des dents ayant une surface externe , adapté à être face à un inducteur, les portions des dents formant entre elle des encoches, - un bobinage formant le circuit électrique de l'induit comprenant au moins trois phases, chacune des phases comprenant au moins un conducteur, le conducteur comprenant :
- au moins deux brins actifs situées chacune dans leur encoche respectif entre des dents de la pièce fer d'induit et
- une partie de connexions connectant deux brins actifs, les brins actifs étant délimités par la portion du conducteur dans l'encoche,
- dans lequel la partie de connexion ou l'ensemble des parties de connexion des conducteurs formant une phase forme un faisceau de conducteur formant une tête de bobine interne ou externe de la pièce fer d'induit et caractérisé en ce que les faisceaux interne ou externe de conducteur d'une phase est empilée uniquement axialement avec les faisceaux
respectivement interne ou externe de d'autres phases. Selon un mode de réalisation, chacun des faisceaux épouse la forme externe circonférentielle de la pièce de fer de l'induit.
Ainsi, chaque faisceau de chaque phase de bobinage peut être le plus court possible. Ainsi il y a le moins possible de longueur de faisceau de partie de connexion. Ainsi la résistance de la machine électrique est réduite. Il s'en suit que la machine électrique perd moins par effet joule pour une quantité de cuivre donnée.
De plus, une telle machine permet d'insérer axialement dans les encoches le bobinage en empilant les conducteurs sans les déformer.
Ainsi, l'induit de la machine électrique a un intérêt par rapport à un induit tel que sur la figure 3b d'un alternateur à griffes, en ce qu'il n'est pas nécessaire de replier la phase 63a telle que sur la figure 6D dans le stator. Il s'en suit que l'insertion du bobinage dans la pièce polaire de l'induit est plus facile à réaliser. De plus du fait de l'insertion facile à réaliser, la longueur de la portion utile 631 de la bobine avant assemblage correspond à la longueur de la portion utile dans l'encoche, contrairement à l'art antérieur du fait du basculement seulement une portion de cette portion était dans l'encoche, le reste étant dans le chignon. De plus, du fait du basculement dans l'art antérieur et du frottement lors de l'insertion du fil de cuivre dans les encoches de l'art antérieur, le cuivre ne pouvait pas être tassé comme dans le cas de l'induit de l'invention. En effet, du fait de l'insertion axiale, le conducteur peut être tassé sans être endommagé comme dans l'art antérieur. Ainsi, il est plus facile d'avoir un bon taux de remplissage de cuivre de chacune des phases dans les encoches. Une telle machine électrique est donc à la fois plus facile à réaliser et a un meilleur taux de remplissage d'encoche.
En d'autres termes, chacune des dents comprend une base s'étendant axialement à partir de la face avant de la couronne.
Selon un exemple de réalisation chacune des dents ont une forme de T. En d'autre terme les dents comprennent chacune deux portions qui s'étende radialement de façon circonférentielle de part et d'autre à partir de l'extrémité de la base la plus éloignée de la couronne. Dans cet exemple de réalisation, la surface externe de chacune des dents comprend la surface de l'extrémité de la base et des portions. Cette surface externe est destinée à être en vis-à-vis des surfaces des griffes de l'inducteur.
Selon une réalisation de cet exemple, la distance entre deux portions de dents est identique à la distance entre les deux surfaces externes des dents.
Selon un autre exemple de réalisation, la surface externe de la dent comprend uniquement la surface extrême de la base.
Selon un mode de réalisation, les surfaces externes sont planes dans un plan radial ou conique concave ou convexe.
Selon un exemple de réalisation, chaque surface externe d'une dent a une forme sensiblement de trapèze dont la plus petite base est proche de l'axe X et la plus grande base est la plus éloignée de l'axe X.
Par sensiblement en forme de trapèze on entend que chacune des deux base ont une forme d'arc de cercle de manière à former un induit circulaire. Cependant la base externe ou/et la base interne pourrait être droite, formant un induit ayant une périphérie externe ou/et interne en forme de polygone.
Selon un mode de réalisation la pièce polaire peut être par exemple en
ferromagnétique doux ou une tôle ou encore en paquets de tôles. La tôle enroulée ou les paquets de tôles permettent de diminuer les pertes.
Selon un exemple de ce mode de réalisation, la pièce polaire est une bande de tôle enroulée formée par une bande dont la largeur est constante correspondant à la plus petite distance entre la face arrière et la surface externe.
Selon un autre exemple, la bande est d'une largeur décroissante ou croissante pour former une surface externe de forme concave ou convexe, respectivement.
La bande est découpée de manière à former une partie des dents, dont la découpe n'est pas identique pour chacune portion de dents de la bande du fait de la forme trapézoïdale des dents.
Selon un autre exemple, l'induit comprend une couronne en pièce massive et en ce que chaque dent rapportée est formée avec un paquet de tôle empilée, dont chacune des tôles ont la forme de la dent, c'est-à-dire une partie de la base et les deux portions.
Selon un autre exemple, l'induit comprend une couronne en pièce massive et en ce que chaque dent rapportée est formée avec un paquet de tôle empilée, dont chacune des tôles a la forme de la dent, c'est-à-dire une partie de la base et les deux portions.
Selon un autre mode de réalisation non représentée, la couronne est une pièce massive ou une tôle enroulée et les dents sont fixées sur cette couronne par exemple par soudage.
Selon un mode de réalisation, le bobinage est en l'occurrence un bobinage triphasé ondulé soit trois phases. Selon un mode de réalisation de cet exemple, le bobinage est ondulé réparti.
Selon un autre exemple le bobinage comprend 6 phases pour former un double triphasé. Selon un exemple de cet exemple l'induit comporte 72 encoches.
Selon un exemple le bobinage peut être réalisé selon le type de bobinage imbriqué.
Selon un exemple le nombre de dents ou le nombre d'encoches correspond au nombre de phase multiplié par le nombre de pôles, par exemple 3 phases et 12 pôles 3X12= 36 dents.
Selon un exemple chacune des phases est formé par deux ou plusieurs conducteur formant chacun un ou plusieurs tours. Chaque encoche comprend donc dans cet exemple une phase soit une phase par encoche. Le pas entre chaque encoche d'une phase est de 3 du fait qu'il y a trois phases.
Chacune des portions internes et externes de chaque phase forme un chignon interne et externe respectivement. Le chignon interne est de plus petite longueur que le chignon externe.
Le couplage peut être en étoile ou en triangle ou étoile-triangle.
L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un exemple de mise en œuvre non limitatif de l'invention, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel :
Les figures la et lb représentent un schéma de principe d'une machine à flux radial selon l'art antérieur
La figure 2a représente les trajets de flux des machines radiales des figures la et lb selon l'art antérieur,
La figure 2b représente schématiquement l'inducteur d'une machine radiale selon l'art antérieur.
La figure 3a représente un inducteur rotor à griffes d'une machine à griffes cylindrique selon l'art antérieur,
La figure 3b représente un induit d'une machine à griffes adapté à un rotor de l'inducteur de la machine,
La figure 3c représente un schéma de principe du flux d'une machine à griffes,
La figure 4a, 4b et 4c représente respectivement une vue tridimensionnelle d'un ensemble en matériaux ferromagnétique doux vue d'avant et d'un inducteur comprenant cet ensemble de l'invention selon un premier mode de réalisation vue avant et arrière ; La figure 5 représente une vue tridimensionnelle d'un inducteur de l'invention selon un second mode de réalisation.
La figure 6a représente une vue tridimensionnelle d'une coupe d'une machine électrique de l'invention comprenant l'inducteur du premier mode de réalisation.
La figure 6b représente une vue en perspective de l'induit de la machine électrique de la figure 6a.
Les figures 6C, 6D, 6E représente des vues éclatées de l'induit, en particulier la figure 6C représente une vue éclatée du bobinage de l'induit selon la machine de la figure 6a, la figure 6D une seule phase du bobinage de l'induit selon la machine de la figure 6a, la figure 6E représente une vue de face de l'induit de la figure 6a sans le bobinage.
La figure 6E' représente un exemple d'une bande pouvant former le paquet de tôle d'un Induit avant d'être enroulée .
La figure 7 représente une coupe d'un alternateur comprenant la machine électrique selon deuxième mode de réalisation.
La figure 8a représente un inducteur selon un troisième mode de réalisation.
La figure 8b représente une coupe de l'inducteur selon le troisième mode de réalisation en vis- à-vis d'un induit de la machine électrique,
La figure 9a représente une vue en éclatée d'un induit de la machine de la figure 8b.
La figure 9b représente une épingle formant une phase de l'induit de la machine électrique de la figure 8b.
La figure 9c représente une vue de face de trois épingles de l'induit de la machine électrique de la figure 8b.
La figure 9d représente l'ensemble des épingles des phases de l'induit de la machine électrique de la figure 8b et le collecteur.
La figure 10a représente schématiquement un démarreur comprenant une machine électrique comprenant l'inducteur et l'induit selon le troisième mode de réalisation.
La figure 10b représente la machine électrique selon une vue tridimensionnelle du démarreur de la figure 10a.
La figure 10c représente le rotor du démarreur de la figure 10a.
L'invention concerne un inducteur à griffes apte à être monté axialement en vis-à-vis d'un induit. Selon une autre manière de dire, l'invention concerne un inducteur à griffes « galette ». L'inducteur de l'invention peut être un rotor tel que représentée sur la figure 6a ou 7 ou un stator tel que représentée sur la figure 8b ou 10a.
En particulier, l'inducteur 45 comprend un ensemble en matériaux ferromagnétique doux 4 (tel que de l'acier doux) tel que représentée selon un premier mode de réalisation sur la figure 4a. L'ensemble en matériaux ferromagnétique doux comprend une couronne 4c autour d'un axe X formant le noyau de l'inducteur. La figure 4c montre la partie arrière d'un inducteur selon un premier mode de réalisation dont la partie arrière de la couronne 4c de l'inducteur selon ce premier mode de réalisation. La couronne 4c comprend une surface interne 4c 1 et une surface externe 4c2 opposée à la surface interne 4c 1. On peut voir par exemple, sur la figure 4a la surface interne 4c 1 de l'inducteur selon le premier mode de réalisation et sur la figure 4c on peut voir la surface externe 4c2.
En l'occurrence les surfaces internes 4c 1 et externe 4c2 dans les différents modes de réalisations décrit sont radiales. Par surface radiale on entend une surface s'étendant dans un plan radial, c'est-à-dire un plan perpendiculaire à l'axe X comprenant les rayons de l'axe X sur 360°. Par surface s'étendant dans un plan perpendiculaire on entend une surface plane à 90° plus ou moins l°par rapport à l'axe X.
Cependant, il est possible que cette surface soit non plane ou légèrement inclinée par rapport au plan radial.
L'ensemble ferromagnétique 4 comprend en outre un premier groupe d'une pluralité de griffes 4a apte à avoir toute la même polarité.
Dans le premier mode de réalisation représentée sur la figure 4a, le premier groupe de griffes 4a sont des griffes externes 4a.
Chacune de ces griffes internes 4a comprend une première portion 4a 1 s'étendant axialement à partir de la première surface interne de la couronne et une deuxième portion 4a2 s'étendant, dans le sens opposé de l'axe X, à partir d'une extrémité axiale de la première portion 4al la plus éloignée de la couronne.
La première deuxième portion 4a2 de chacune des griffes comprennent une surface qui fait face à la surface interne 4c 1 de la couronne.
L'ensemble ferromagnétique 4 comprend en outre un deuxième groupe d'une pluralité de griffes 4b apte à avoir toute la même polarité opposée à la polarité du premier groupe de griffes 4a.
Chaque griffe 4b comporte une première portion 4b 1 s'étendant axialement, à partir de la surface radiale 4c 1 de la couronne 4c, dans le même sens des premières portions 4 al des griffes 4a du premier groupe.
En outre chaque griffe 4b comporte une deuxième portion 4b2 s'étendant, à partir d'une extrémité axiale de la première portion 4b 1 la plus éloignée de la couronne 4c, dans le sens de l'axe X.
Chacune des griffes 4b et 4a sont agencées de manière que leur deuxième portions 4a2 et 4b2 sont angulairement alternées autour l'arbre X. Autrement dit une griffe du premier groupe à pour voisine deux griffes du deuxième groupe et vice vers ça. L'inducteur 45 comporte en outre une bobine 5 montée dans l'ensemble 4 autour de l'axe X. La bobine 5 est plus précisément montée axialement entre la couronne 4c et les deuxièmes portions 4a2 et 4b2 de chaque griffe de chaque groupe. En outre la bobine 5 est montée entre les premières portions 4a 1 du premier groupe et les premières portions 4b 1 du deuxième groupe.
Une telle bobine est visible sur la figure 4b du premier mode de réalisation.
Ainsi une telle bobine permet d'avoir un inducteur sans chignon comme les inducteurs à flux radial à griffes. Il y a donc une optimisation de l'inducteur suivant le rapport quantité de cuivre/ performance.
Chaque griffe 4a et 4b comporte sur sa deuxième portion respectif des surfaces 4a21 et 4b21 apte à être en vis-à-vis de l'induit.
Dans le premier mode de réalisation représenté sur les figures 4a, 4b et 4c, l'inducteur 45 comporte 6 griffes internes 4a et six griffes externes 4b pour former 12 pôles. Autrement dit cet inducteur est agencé pour former une machine à 6 paires de pôles. Une telle machine électrique peut être utilisée pour un alternateur, notamment un alternateur automobile.
En l'occurrence, dans ce mode de réalisation, le diamètre interne mesuré entre deux surfaces 4al 1 de la deuxième portion 4a2 de deux griffes 4a en vis-à-vis l'une de l'autre, est égal au diamètre interne mesuré entre deux surfaces d'extrémité 4b22 de deux griffes 4b en vis-à-vis l'une de l'autre. Par égal on entend à plus ou moins 1% de la longueur du diamètre mesuré. La surface 4b22 de chacune des extrémités des griffes 4b ainsi la surface 4a 11 de chacune des griffes internes peuvent être en vis-à-vis d'un ventilateur monté sur un arbre 7 (visible sur la figure 6a) pour refroidir le circuit de cuivre. Le ventilateur n'est pas représenté sur la figure 6a. De plus, cela permet d'augmenter la surface 4a21 et 4b22 de chaque griffe 4a et 4b respectivement destiné à être en en vis-à-vis de l'induit 6 tel que visible sur la figure 6a.
En l'occurrence dans ce mode de réalisation, le diamètre externe de chaque griffe 4a du premier groupe et égal au diamètre externe de chaque griffe 4b du deuxième groupe. Cela permet d'augmenter les surfaces 4a21 et 4b21 de chaque griffes 4a et 4b respectivement destiné à être en en vis-à-vis de l'induit 6 tel que visible sur la figure 6a.
En l'occurrence, le diamètre interne Dl et externe D2 de la couronne est égal au diamètre interne Dl et externe D2 des griffes du premier et deuxième groupe. Ainsi un arbre 7 (visible sur la figure 6a) monté dans l'ouverture de l'inducteur comprenant une portion 71
correspondant au diamètre interne de la couronne pour être fixé à cet inducteur peut être agencé pour que cette portion 71 soit en contact avec la surface 4a 11 des premières partie 4a 1 du groupe de griffes 4a permettant d'avoir une plus grande surface de contact pour un échange de chaleur et donc mieux refroidir les griffes. Sur la figure 6a, seule une portion de surface 4a 11 des premières parties 4a 1 du groupe de griffes 4a est en contact avec la portion 71.
En l'occurrence dans le mode de réalisation des figures 4a à 4c, les deuxièmes portions 4a2 du premier groupe de griffe 4a et les deuxièmes portions 4b2 du deuxième groupe de griffes 4b ont la même forme trapézoïdale. La forme trapézoïdale permet d'avoir une largeur d'entrefer entre deux griffes homogène. De plus cela permet dans le cas ou les deuxièmes portions sont des portions rapportées sur les premières portions lors du montage d'avoir des pièces identiques et donc d'être moins cher et plus efficace dans le procédé de fabrication.
Selon un autre mode de réalisation visible sur la figure 5, l'inducteur 45 comporte un ensemble ferromagnétique identique à celui des figures 4a à 4c sauf en ce qui concerne les éléments décrits ci-dessous.
Dans le mode de réalisation de la figure 5, la couronne 4c et les griffes du premier groupe comprennent un diamètre interne plus petit que le diamètre interne des griffes 4b du deuxième groupe.
Ce mode de réalisation peut être agencé pour que l'inducteur forme le rotor. En effet la couronne peut ainsi comprendre une ouverture pour être monté directement sur l'arbre du rotor comprenant l'axe X.
En l'occurrence, dans ce mode de réalisation les premières portions 4al des griffes 4a sont agencées pour être en contact avec cet arbre 7 d'axe X visible sur la figure 7. Dans ce mode de réalisation l'arbre 7 a un diamètre homogène. En l'occurrence il comprend une portion 72 pour être fixée à la couronne et aux premières portions 4a 1 des griffes internes 4a.
En outre dans ce mode de réalisation, la couronne 4c comprend une pluralité d'encoches 4c3 externes. Ces encoches externes sont agencées en vis-à-vis de chacune des deuxième portions 4a2 des griffes 4a du premier groupe.
Cela permet de refroidir la bobine 5 (non représentée sur la figure 5) visible sur la figure 7 par un flux d'air axial par convection. En effet dans le premier mode de réalisation, la bobine est montée contre la surface interne 4c 1 de la couronne 4c et est refroidi en majorité par conduction avec la couronne.
La figure 6a comprenant l'inducteur 4 du premier mode de réalisation et l'arbre 7 représente un alternateur 8 sans poulie et sans partie électronique.
L alternateur comprend un arbre comprenant l'axe X, un inducteur selon un mode de réalisation précédemment décrit précédemment dans lequel le nombre de griffes par groupe de griffes est compris entre 5 et 8 et en ce que l'inducteur est monté sur un arbre lié en rotation avec l'arbre,
L'alternateur 8 comprend en outre un induit 6, monté autour libre en rotation autour de l'arbre. L'induit forme le stator et est en vis-à-vis axialement de l'inducteur.
L'alternateur comprend en outre une carcasse 81 et deux paliers dont chacun sont munis en l'occurrence de deux roulements à billes 82a, 82b. Bien entendu les paliers pourraient être munis par d'autres types de roulements. Chacun des deux roulements 82a, 82b sont montés de part et d'autre sur l'arbre 7. L'induit 6 et l'inducteur 45 sont montés entre ces deux roulements 82a, 82b. L'induit 6 est monté solidaire de la carcasse 81 et en vis-à-vis axialement de l'inducteur 45.
L'induit 6 comprend une pluralité de dents, chacune des dents ayant une surface externe en vis à vis de surfaces des deuxièmes portions des griffes, les surfaces externes des dents étant de forme complémentaire avec les surfaces externes des deuxièmes portions des griffes formant un entrefer,
En l'occurrence, l'induit 6 comprend une pièce polaire 60 comprenant une couronne 61 ayant une face arrière 61b et une face avant 61a. La couronne 61 comprend une ouverture centrale comprenant l'axe X.
La pièce polaire comprend les dents 62. En l'occurrence chacune des dents ont une forme de T mais pourrait être en forme de I. En d'autres termes chacune des dents comprend une base 62a s 'étendant axialement à partir de la face avant 61a de la couronne 61 et deux portions 62b qui s'étende de radialement de façon circonférentielle de part et d'autre à partir de l'extrémité de la base 62a la plus éloignée de la couronne. Ces deux portions 62b forment des pieds de dents de la dent. Une surface externe 62c de chacune des dents 62 est formée à partir de la surface de l'extrémité de la base et des portions 62b. Cette surface 62c est destinée à être en vis-à-vis des surfaces 4a21 et 4b21 des griffes 4a et 4b de l'inducteur.
Selon une réalisation de cet exemple, la distance entre deux portions de dents est identique à la distance entre les deux surfaces externes des dents.
Selon un exemple les surfaces 62c sont de forme complémentaire avec les surfaces 4a21 et 4b21 des griffes 4a et 4b de l'inducteur. En l'occurrence, les surfaces 62c sont plane dans un plan radial mais pourrait par exemple être ensemble être conique concave ou convexe. Dans le cas d'un inducteur 45 dont les surfaces 4a21 et 4b21 des griffes 4a et 4b forment une surface concave, l'induit 6 aurait des surfaces dont l'ensemble forme une surface convexe et vice versa. La surface 62c a une forme sensiblement de trapèze dont la plus petite base est proche de l'axe X et la plus grande base est la plus éloignée de l'axe X. Par sensiblement en forme de trapèze on entend que chacune des deux base ont une forme d'arc de cercle de manière à former un induit circulaire. Cependant la base externe ou/et la base interne pourrait être droite, formant un induit ayant une périphérie externe ou/et interne en forme de polygone. La pièce polaire 60 peut être par exemple en ferromagnétique doux ou une tôle ou encore en paquets de tôles. La tôle enroulée ou les paquets de tôles permettent de diminuer les pertes fer (réduction des courants de Foucault).
En l'occurrence, la pièce polaire 60 est une bande de tôle enroulée (non visible sur la figure). La figure 6E représente la pièce polaire 60 de l'induit 6. Sur cette figure on peut voir une extrémité interne 611 de la tôle et une extrémité externe 612.
La tôle enroulée est donc en l'occurrence une bande dont la largeur est constante
correspondant à la plus petite distance entre la face 61b et la surface 62c. Dans le cas des surfaces 62c formant ensemble une forme concave ou convexe, la bande serait d'une largeur décroissante ou croissante respectivement.
La bande est donc découpée de manière à former une partie des dents. La figure 6E' représente les deux extrémités d'un exemple d'une bande avant d'être enroulée. Cette bande ne comprend pas de pied de dent et est donc réalisée pour effectuer un induit sans pied de dents, c'est-à-dire sans portion 62b.
Bien entendu la découpe n'est pas identique pour chacune portion de dents de la bande du fait de la forme trapézoïdale des dents.
Dans le cas de plusieurs paquets de tôle, selon un mode de réalisation l'induit 6 comprend une couronne en pièce massive et en ce que chaque dent rapportée est formée avec un paquet de tôle empilée, dont chacune des tôles ont la forme de la dent, c'est-à-dire une partie de la base et les deux portions.
Dans le cas de plusieurs paquets de tôle, selon un mode de réalisation l'induit 6 comprend une couronne en pièce massive et en ce que chaque dent rapportée est formée avec un paquet de tôles empilées, dont chacune des tôles ont la forme de la dent, c'est-à-dire une partie de la base et les deux portions.
Selon un autre mode de réalisation, la couronne est une pièce massive ou une tôle enroulée et les dents 62 sont fixées sur cette couronne par exemple par soudage.
L'induit comporte en outre un bobinage 63 . Le bobinage 63 est en l'occurrence un bobinage triphasé ondulé soit à trois phases. Cependant il pourait en avoir 6 phases pour former un double triphasé. Dans le cas de 6 phases, par exemple l'induit comporterait 72 encoches, le bobinage pourait être réalisé soit en insérant dans un premier temps les trois phases d'un premier triphasé puis dans un deuxième temps les trois autres phases du second triphasé soit en insérant à tour de rôle une phase du premier triphasé puis une phase du deuxième triphasé etc ..
Le bobinage pourrait être réalisé selon d'autres type de bobinage connu tel que imbriqué.
La figure 6C montre le bobinage 63 dépourvue de la pièce polaire 61. Le bobinage comporte trois phases ondulées 63a, 63b, 63c. La figure 6D représente un bobinage d'une seule phase 63a. Chaque phase 63a, 63b, 63c comporte des brins actif appelée aussi portions utiles 631 et des partie de connexion appelée aussi des portions externes 632 reliant deux extrémités externes de deux portions utiles et des portions internes 633 reliant deux extrémités internes de deux portions utiles.
L'ensemble des portions de chaque phase forment une bobine en forme de fleur dont les pétales sont trapézoïdaux. Autrement dit, un pétale est formé par deux portions utiles 631 et une portion externe 632 et chaque pétale sont relié par les portions internes 633. La demande EPI 223660 représente en figure 13A deux bobines en forme de fleur de l'art antérieur dont les pétales sont rectangulaires.
Les portions utiles 631 de chacune des phases sont insérées entre deux dents 62 formant une encoche 64. Autrement dit, chacune des portions de phases est insérées dans des encoches 64. Comme on peut le voir, du fait de la forme trapézoïdale des pétales de fleur, pour un même diamètre externe de la fleur, la longueur de chaque portion utile 631 de la bobine d'une phase de l'induit 6 est plus importante que la portion utile de l'art antérieur. Il s'ensuit que par rapport à l'art antérieur pour une somme de longueur des portions internes et externes formant le chignon par rapport à l'art antérieur, il ya plus de longueur de portion utile. Il y a donc pour une même longueur de bobine avant pliage en forme de fleur, un plus grand pourcentage de portion utile que de portion interne et externe formant le chignon qui est inutile que par rapport à l'art antérieur. Il y a donc un meilleur rendement de la machine.
Le nombre de dents ou le nombre d'encoches 64 correspond au nombre de phases multiplié par le nombre de pôles, en l'occurrence 3 X 12= 36 dents.
Le bobinage est de par exemple un bobinage ondulé réparti, et peut être un bobinage double tri-phasé. Dans Ce cas le nombre de dents 62 est égal au nombre de pôles, (en l'occurrence 12 pôles) multiplié par le nombre de phases (2 X 3 = 6) soit 72 dents.
Chacune des phases 63a, 63b, 63c, peuvent être formée par un seul conducteur formant un tour ou plusieurs tours. Autrement dit chaque portion utile 631 peut être formée à partir d'une seul section du conducteur ou plusieurs section du conducteur respectivement. Une entrée et une sortie est donc reliée soit à des diodes dans le cas d'un alternateur, autrement dit l'induit est statique appelé aussi stator, soit à des balais dans le cas d'un fonctionnement moteur autrement dit l'induit forme un rotor, par exemple pour un démarreur.
Chacune des phases 63a, 63b, 63c peuvent aussi être formé par deux ou plusieurs conducteur formant chacun un ou plusieurs tours. Ainsi, chaque encoche 64 comporte au moins deux conducteurs. Chaque conducteur d'une phase est relié électriquement à chacune de leurs extrémités aux autres extrémités correspondant des autres ou de l'autre conducteur.
Autrement dit les au moins deux conducteurs sont montés en parallèle.
Chaque phase 63a, 63b, 63c tel que sur la figure 6d de bobinage peut donc être inséré axialement dans les encoches 64. Ainsi, l'induit 6 de la machine électrique a un intérêt par rapport à un induit tel que sur la figure 3b d'un alternateur à griffes en ce qu'il n'est pas nécessaire de replier la phase 63a telle que sur la figure 6D dans le stator. Il s'en suit que l'insertion du bobinage dans la pièce polaire de l'induit est plus facile à réaliser. De plus du fait de l'insertion suivant la direction axiale facile à réaliser la longueur de la portion utile 631 de la bobine avant assemblage correspond à la longueur de la portion utile dans l'encoche, contrairement à l'art antérieur du fait du basculement seulement une portion de cette portion était dans l'encoche, le reste étant dans le chignon. De plus, du fait du basculement dans l'art antérieur et du frottement lors de l'insertion du fil de cuivre dans les encoches de l'art antérieur, le cuivre ne pouvait pas être tassé comme dans le cas de l'induit de l'invention. En effet, du fait de l'insertion suivant la direction axiale, le conducteur peut être tassé sans être endommagé comme dans l'art antérieur. Ainsi, il est plus facile d'avoir un bon taux de remplissage de cuivre de chacune des phases dans les encoches 64. Une telle machine électrique est donc à la fois plus facile à réaliser et a un meilleur taux de remplissage d'encoche.
Chaque encoche comprend donc dans cet exemple une phase soit une phase par encoche. Le pas entre chaque encoche d'une phase est de 3 du fait qu'il y a trois phases.
Chacune des portions internes 633 et externes 632 de chaque phase forme un chignon interne 633A et externe 632A respectivement. Le chignon interne 633A est de plus petite longueur que le chignon externe 632A. Globalement la longueur de la bobine est réduite (autrement dit le développé est réduit) par rapport à l'art antérieur, il y a donc moins de Résistance et donc moins de RI2.
La figure 7 représente un alternateur. L'alternateur est identique à celui précédemment décrit dans le mode de réalisation décrit par rapport aux figures 6A à 6E sauf en ce qui concerne les caractéristiques décrit ci-après.
L'alternateur comprend une machine électrique selon un deuxième mode de réalisation comprenant l'inducteur 4 du deuxième mode de réalisation. De la même manière que du mode de réalisation de la figure 6a, l'alternateur comprend un arbre d'axe X mais dont le diamètre au niveau de la fixation de l'inducteur sur l'arbre est sensiblement le même que celui sur lequel est montée une poulie 83 de l'alternateur.
L'inducteur comprend un nombre de griffes par groupe de griffes qui est compris entre 5 et 8, en l'occurrence 6.
L'induit 6 est identique à celui décrit précédemment et est monté autour de l'arbre 7.
L'induit forme un stator et est en vis-à-vis axialement de l'inducteur. L'induit comprend aussi une pluralité de dents, chacune des dents ayant une surface externe en vis à vis de surfaces d'une partie des deuxièmes portions des griffes.
Les surfaces externes des dents sont donc de forme complémentaire avec une partie des surfaces externes des deuxièmes portions des griffes. Entre les deux surfaces externes un entrefer est formé. Trois bobinages formant chacune une phase est montée de façon identique que l'induit décrit en relation avec les figures 6a à 6E, chaque bobinage formant une phase de l'induit montée dans des encoches entre les dents de l'induit.
Une partie électronique 84 est montée sur la culasse de la machine électrique. La partie électronique comprend un pont de diodes tel que connu dans l'art antérieur connecté aux entrées et sorties des différentes phases. Le couplage peut être soit triangle ou étoile. La partie électronique peut aussi être incorporée sur l'alternateur de la figure 6a de la même manière. L'alternateur de l'exemple représenté sur la figure 7 comprend en outre un ventilateur 85 monté contre la face arrière 4c2 de la pièce polaire 4 de l'inducteur 45.
Des ouvertures 811 sont situées dans la partie de la face avant 81a de la carcasse 81. Par face avant de la carcasse on entend la face de la carcasse du côté de la poulie 83. La carcasse peut avoir une faible épaisseur voir avoir une portion en plastique puisqu'elle n'est pas utile pour la partie magnétique.
Ainsi contrairement aux carcasses d'alternateurs de véhicule connues, la carcasse peut être plus légère.
La carcasse 81 comprend deux portions formant palier, une sur la face avant et une sur la face arrière. Dans le cas d'une carcasse en plastique, ces portions sont de par exemple métalliques et la partie en plastique est surmoulée sur ces portions paliers. Ces portions paliers forment chacun un logement de roulement en l'occurrence de roulement à bille.
La figure 8a représente un troisième mode de réalisation d'un inducteur 4". Le troisième mode de réalisation représentée sur la figure 8a est identique à celui de la figure 4a sauf en ce qu'il comprend 6 griffes, 3 griffes 4a du groupe de griffes internes et 3 griffes 4b du groupe de griffes externes.
La figure 8b représente une coupe d'une machine électrique 9 selon un troisième mode de réalisation sans sa carcasse. Cette machine électrique 9 comprend en outre l'inducteur 4" de troisième mode de réalisation, un arbre 7, une carcasse non représentée et un induit 6'. Dans cette machine électrique 9 l'inducteur 4" est monté solidaire de la carcasse non représentée. L'induit 6' est bobiné selon un nouveau mode de réalisation décrit ci-dessous. L'induit 6' est monté solidaire de l'arbre 7 non représentée. L'arbre 7 est monté mobile en rotation par rapport à la carcasse non représentée par le biais de deux paliers en l'occurrence comprenant un roulement 82a devant et un roulement 82b derrière, en l'occurrence des roulements à billes.
Un collecteur à lames 72 est monté entre le palier 82a et l'induit 6'. Le collecteur 72 est du même type que celui d'un démarreur conventionnel de l'art antérieur.
La figure 9a représente une vue éclatée de l'induit 6' de la machine électrique de la figure 8b. Cet induit 6' comprend une multitude de phases, en l'occurrence 25 phases appelée aussi sections d'induit. La figure 9d représente une vue de face de ces 25 phases. Entre chaque dent 62, une encoche 64 est formée. Chaque phase est assimilée à une paire d'encoches 64 entre les dents 62. L'induit 6' comporte un bobinage qui comprend des portions de bobinages équivalent au nombre d'encoches. En l'occurrence les portions de bobinage sont des conducteurs 66, en l'occurrence 25. Chaque conducteur 66 comprend deux brins 661 insérées dans les encoches et une partie de connexion 662 connectant les deux brins 661. Deux brins 661 de deux conducteurs différents sont insérés dans chacune des encoches.
Autrement dit chacune des encoche reçoit deux brins de deux conducteurs différents (un aller et un retour). Un brin 661 d'un conducteur 66, par exemple une épingle en cuivre ou aluminium, tel que représentée sur la figure 9b est donc insérée dans une première desdites encoches 64 et l'autre brin de 661 du même conducteur 66 est inséré dans une deuxième desdites encoches 64. La première encoche 64 comprend donc un brin du premier conducteur des 25 conducteurs et un autre brin d'un deuxième conducteur des 25 conducteurs. La figure 9c représente trois conducteurs dont chacun ont au moins un brin de leur conducteur dans la première et la deuxième encoche.
Chacun des brins 661 est connecté au collecteur à lames 72, notamment au talon du collecteur 72. Par exemple, les extrémités des brins peuvent de manière identique aux épingles des démarreurs conventionnels de l'art antérieur être insérées dans des encoches du talon puis être soudées ou compactées puis collées par un vernis dans leurs encoches associées.
Le bobinage en l'occurrence forme un bobinage ondulé mais pourrait être aussi imbriqué ou ondulé multiples.
La machine électrique 9 est particulièrement adaptée pour les démarreurs. L'invention concerne aussi un démarreur comprenant cette machine électrique 9. La figure 10a représente un démarreur 91 comprenant la machine électrique selon le troisième mode de réalisation. Le démarreur 91 comprend en outre un organe d'engrènement 92 tel qu'une poulie ou un pignon pour s'entraîner avec la couronne du moteur thermique du véhicule, par exemple une voiture. Cet organe d'engrènement peut être fixe ou mobile, par exemple un pignon, par rapport à la culasse.
En l'occurrence l'organe d'entraînement 92 est mobile et est un pignon, le démarreur 91 comprend en outre un contacteur 93 apte à déplacer le pignon 92. L'organe d'entraînement 92 se déplace par le biais d'un lanceur 921 monté sur un arbre d'entraînement 94.
L'arbre d'entraînement peut directement être l'arbre 7 de la machine électrique 9. Autrement dit, la machine électrique peut être dépourvue de réducteur.
En l'occurrence un réducteur 95, en l'occurrence un réducteur épicycloïdal est monté entre la machine électrique 9 et l'arbre d'entraînement 94.
La figure 10b représente la machine électrique du troisième mode de réalisation du démarreur muni d'une roue solaire 951 monté sur l'arbre 7. La figurelOc représente le rotor de la machine électrique du démarreur. L'ensemble des parties de connexion 662 des conducteurs 66 de l'induit du rotor forme un chignon visible sur les figures 10b et 10a. Ce chignon a pour caractéristique d'être très peu volumineux radialement et ne rallonge pas axialement l'induit du moteur électrique.
Selon un exemple du démarreur de l'invention, le bobinage de l'induit est réalisé par un bobinage ondulé ou imbriqué ou encore ondulé multiple, en l'occurrence la machine électrique 9 est réalisée par le biais d'un bobinage ondulé. Dans le cas d'un démarreur dont l'organe d'entraînement et mobile le démarreur comprend en outre un contacteur apte à déplacer le pignon. L'organe d'entraînement se déplace par le biais d'un lanceur monté sur un arbre d'entraînement.

Claims

Revendications
Machine électrique tournante comprenant un induit et un inducteur à griffes comprenant un axe X, l'inducteur comprenant des surfaces d'entrefer agencées en vis-à-vis de l'induit d'une machine électrique l'un après l'autre suivant l'axe X.
Machine électrique tournante comprenant un entrefer s'étendant axialement entre l'induit et l'inducteur, l'entrefer ayant notamment une forme tel qu'un disque dont l'épaisseur axial correspond à la distance entre l'induit et l'inducteur.
3) Machine électrique comprenant l'inducteur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'inducteur comprend :
■ un ensemble en matériau ferromagnétique doux (tel que de l'acier doux) comprenant : une couronne autour d'un axe X formant le noyau de l'inducteur, comprenant une première surface interne,
un premier groupe d'une pluralité de griffes apte à avoir une même polarité comprenant chacune :
· une première portion s'étendant axialement à partir de la première surface interne de la couronne,
• une deuxième portion s'étendant, dans le sens opposé de l'axe X, à partir d'une extrémité axiale de la première portion la plus éloignée de la couronne
- un deuxième groupe d'une pluralité de griffes apte à avoir une polarité opposée à la polarité du premier groupe de griffe, comprenant chacune :
• une première portion s'étendant axialement, à partir de la surface interne de la couronne, dans le même sens des premières portions des griffes du premier groupe,
· une deuxième portion s'étendant, à partir d'une extrémité axiale de la
première portion la plus éloignée de la couronne, dans le sens de l'axe X, ■ une bobine montée dans l'ensemble autour de l'axe X entre la première surface interne de la couronne et les deuxièmes portions de chaque griffe de chaque groupe et entre les premières portions du premier groupe et les premières portions du deuxième groupe.
4) Machine électrique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les deuxièmes portions de chaque griffe de chaque groupe comprennent une surface interne perpendiculaire à l'axe en vis-à-vis de la bobine.
5) Machine électrique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les deuxièmes portions de chaque griffe de chaque groupe comprennent une surface externe radiale en vis-à-vis d'une surface externe de l'induit, la surface de l'externe de l'induit étant correspondant à la surface externe radiale de la deuxième portion de la griffe pour former un entrefer axiale constant.
Machine électrique selon l'une des revendications précédentes 1 à 4, dans lequel les deuxièmes portions de chaque griffe de chaque groupe comprennent une surface externe en vis-à-vis de l'induit qui s'étendent dans un plan incliné par rapport au plan radial d'un angle a compris entre 1 et 45° .
Machine électriqueselon la revendication 6, dans lequel les surfaces externes inclinées sont inclinées de manière à former ensemble un volume convexe suivant l'axe X.
Machine électrique selon la revendication 6, dans lequel les deuxième portions comprennent sur chaque deuxième portion des griffes des surfaces externe en vis-à-vis de la bobine de manière à manière à former ensemble un volume concave par rapport à l'axe
Machine électrique selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel chacune des deuxième portions comprend une surface interne en vis-à-vis de la bobine et une surface externe en vis-à-vis de l'induit, et en ce que la surface interne et la surface externe sont inclinées l'une de l'autre de manière à ce que la deuxième portion a une section, dans un plan comprenant l'axe X, de forme trapézoïdale.
Machine électrique selon l'une des revendications précédentes dans lequel la première portion du premier groupe de griffes s'étendant à partir de la surface interne de la couronne, s'étend à partir de la périphérie externe de la surface interne et en ce que la première portion du deuxième groupe s'étendant à partir de la surface interne de la couronne, s'étend à partir de la périphérie interne de la surface interne et en ce que une bobine est montée entre ces groupes de griffes.
Machine électrique selon l'une des revendications 1 à 10 comprenant une première et une deuxième bobines, a. le premier groupe de griffes comprenant un premier sous groupe de griffes et un deuxième sous groupe de griffes,
i. les premières portions des griffes du premier sous groupe du premier groupe de griffes s'étendant à partir de la périphérie externe de la surface interne
ii. les premières portions des griffes du deuxième sous groupe de griffes du premier groupe s'étendent à partir de la périphérie interne de la surface interne b. et en ce que le deuxième groupe de griffes comprend un premier et un second sous groupes de griffes,
i. les griffes du premier et second groupe de griffes du deuxième groupe comprennent chacune une première portion s'étendant entre la périphérie interne et la périphérie externe
ii. les deuxièmes portions du premier sous groupe du second groupe s'étendent vers la périphérie interne,
iii. les deuxièmes portions du deuxième sous groupe du second groupe
s'étendent vers la périphérie externe,
c. la première bobine étant montée entre les premières portions des premiers sous groupes des deux groupes et la deuxième bobine étant montée entre les premières portions des deuxièmes sous groupes des deux groupes.
12) Machine électrique tournante selon l'une des revendications 1 à 11 dans lequel la bobine comprend une section rectangulaire
13) Machine électrique tournante selon la revendication précédente, dans lequel la bobine est bobinée sur chant sur une seule rangée axiale.
14) Machine électrique selon l'une quelconque des revendication précédentes pouvant
réaliser la fonction d'alternateur, la machine électrique comprenant
a. un arbre comprenant l'axe X,
b. l'inducteur comprenant un nombre de griffes par groupe de griffes est compris entre 5 et 8 et en ce que l'inducteur est monté sur un arbre lié en rotation avec l'arbre, c. l'induit étant monté autour libre en rotation autour de l'arbre, l'induit formant un stator et étant en vis-à-vis axialement de l'inducteur, comprenant
i. une pluralité de dents, chacune des dents ayant une surface externe en vis à vis de surfaces des deuxièmes portions des griffes, les surfaces externes des dents étant de forme complémentaire avec les surfaces externes des deuxièmes portions des griffes formant un entrefer,
ii. au mois trois bobinages, chaque bobinage formant une phase de l'induit montée dans des encoches entre les dents de l'induit.
15) Démarreur comprenant une machine électrique selon l'une des revendication 1 à 13, comprenant
a. un arbre comprenant l'axe X,
b. l'inducteur comprenant un nombre de griffes par groupe de griffes est compris entre 3 et 4 et en ce que l'inducteur est monté autour de l'arbre libre en rotation avec celui-ci formant le stator,
c. Γ induit monté fixe sur l'arbre formant le rotor en vis-à-vis axialement de l'inducteur, comprenant une pluralité de dents, chacune des dents ayant une surface externe en vis à vis de surfaces des deuxièmes portions des griffes, les surfaces externes des dents étant de forme complémentaire avec les surfaces externes des deuxièmes portions des griffes formant un entrefer, l'induit comprenant un bobinage monté dans des encoches entre les dents de l'induit, un collecteur monté sur l'arbre lié en rotation avec celui-ci comprenant des la reliant les bobinages de l'induit.
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