WO2022122653A1 - Machine électrique tournante pour contrôle pleine onde et à modulation de largeur d'impulsion et ensemble électrique - Google Patents

Machine électrique tournante pour contrôle pleine onde et à modulation de largeur d'impulsion et ensemble électrique Download PDF

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WO2022122653A1
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magnetic
rotor
axis
electrical machine
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PCT/EP2021/084401
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Radhouane KHLISSA
Jérome Legranger
Radu Fratila
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Valeo Equipements Electriques Moteur
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Definitions

  • the invention relates to a rotating electrical machine adapted to be controlled with a full-wave type control strategy and a pulse-width modulation control strategy.
  • the invention also relates to an electrical assembly comprising such a rotating electrical machine and an inverter.
  • stator comprising:
  • stator body in particular a first stack of magnetic laminations, comprising teeth whose radially inner end is free, notches being delimited by two successive teeth, each tooth comprising a first tooth foot extending circumferentially in a first direction and a second tooth root extending circumferentially in a second direction opposite the first direction,
  • a rotor inscribed in a cylinder of revolution having for axis F axis and rotation and having an external radius, and comprising:
  • a rotor body in particular a second stack of magnetic laminations, comprising cavities
  • each North magnetic pole and South magnetic pole having a central axis where the absolute value of the first harmonic of the magnetic field is the higher, a quadrature axis being equidistant from two successive central axes.
  • This type of rotating electrical machine can be powered by an inverter supplying the winding with a pulse-width modulation type strategy (PWM or PWM in English) at low rotational speed and a full-wave type strategy at high speed. rotation.
  • PWM pulse-width modulation type strategy
  • This type of power supply reduces energy losses in the inverter.
  • the full wave strategy increases energy losses in the rotating electrical machine.
  • the efficiency of the electrical assembly is then reduced, increasing the electrical consumption when the electrical assembly is used in motor mode and reducing the energy generated when the electrical assembly is used in generator mode.
  • the present invention aims to solve all or part of these drawbacks.
  • the invention relates to a rotating electrical machine having an axis of rotation comprising:
  • stator comprising:
  • stator body in particular a first stack of magnetic laminations, comprising teeth whose radially inner end is free, notches being delimited by two successive teeth, each tooth comprising a first tooth foot extending circumferentially in a first direction and a second tooth root extending circumferentially in a second direction opposite the first direction,
  • a rotor body in particular a second stack of magnetic laminations, comprising cavities
  • each North magnetic pole and South magnetic pole having a central axis and an axis in quadrature equidistant from two successive central axes, the central axes and the axes in quadrature passing through the axis of rotation, in which, in a plane perpendicular to the axis of rotation:
  • a first distance is a width of a notch defined radially at the level of the radially innermost conductor passing through the notch
  • a second distance is the distance between a first end of one of the first tine roots and a second end of one of the second tine roots, the first end of one of the first tine roots and the second end of the 'one of the second tooth bases facing each other and belonging to two successive teeth
  • a third distance is the minimum distance, measured radially on the central axis of one of the North magnetic poles and South magnetic poles, between a first magnetic material of the stator body, in particular the first stack of magnetic laminations, and a first magnetic material of the rotor, in particular the second stack of magnetic laminations or one of the permanent magnets,
  • a fourth distance is the minimum distance, measured on the axis in quadrature, between a second magnetic material of the stator body, in particular the first stack of magnetic laminations, and a second magnetic material of the rotor, in particular the second stack of magnetic laminations or one of the permanent magnets, a first ratio between:
  • the first distance being greater than or equal to 0.40, in particular greater than or equal to 0.48, and less than or equal to 0.7, and a second ratio between the fourth distance and the third distance being greater than or equal to 0.8 and less than or equal to 1.5.
  • stator winding is supplied with a pulse width modulation type strategy at low rotation speed and a full wave type strategy at high rotation speed.
  • first ratio greater than or equal to 0.40 in particular greater than or equal to 0.48, and less than or equal to 0.7
  • second ratio greater than or equal to 0.8 and less than or equal to 1.5
  • the cavities are closed in a plane perpendicular to the axis of rotation A so that the permanent magnets are buried.
  • the use of buried magnets improves the holding of the magnets in the rotor body during centrifugation. Such a characteristic also makes it possible to limit the demagnetization of the permanent magnets.
  • permanent magnets have radial magnetization.
  • magnets arranged so that they have a radial magnetization with respect to the axis of rotation allows a simple rotor structure in which the magnetic poles of the rotor are for example formed thanks to a single magnet.
  • a first cavity and a second cavity each receiving at least one permanent magnet define, in a plane perpendicular to the axis of rotation, a V shape, the top of the V being oriented radially outwards, the poles of the permanent magnets oriented towards the top of the V being identical and defining a polarity of said magnetic pole of the rotor.
  • V-shaped structure makes it possible to improve the mechanical torque of the rotating electrical machine. Such a structure also allows an improvement in the specific power of the rotating electrical machine.
  • the first cavity and the second cavity meet at the tip of the V.
  • Such a characteristic makes it possible to bring the magnets closer together at the tip of the V. It is thus possible to increase the volume of magnets in the rotor and therefore to increase the power of the machine or to use less powerful magnets without reducing the power of rotating electric machine.
  • the cavities are formed so that the permanent magnets have an orthoradial magnetization, the orientation of the poles of two successive permanent magnets alternating so that the poles facing each other of two successive magnets are North poles or South poles so as to respectively form a North magnetic pole or a South magnetic pole of the rotor.
  • Such an arrangement of the permanent magnets allows the use of a large permanent magnet volume.
  • Such a volume of permanent magnet makes it possible to obtain good performance, in particular with permanent magnets of the ferrite type.
  • the number of slots of the stator per magnetic pole of the rotor is greater than or equal to 1.
  • the winding comprises several phases and the number of slots per phase is greater than or equal to 1.
  • the winding is three-phase or double three-phase.
  • a fifth distance H3 being the maximum width of one of the notches, the second distance H2 is less than the fifth distance H3.
  • the maximum power of the rotating electrical machine is between 10 and 35 kW.
  • the stator body is inscribed in a cylinder whose diameter is greater than or equal to 90mm and less than or equal to 250mm.
  • the invention also relates to an electrical assembly comprising a rotating electrical machine as described above and an inverter supplying the winding and allowing full-wave type control and pulse-width modulation control.
  • the use of such an inverter makes it possible to improve the efficiency of the inverter over the entire range of rotational speeds of the rotating electrical machine.
  • a pulse width modulation type control can be used at low rotational speed and a full wave type strategy can be used at high rotational speed.
  • the inverter is supplied or supplies a source of electrical energy having a voltage comprised between 24V and 60V.
  • the rotor may comprise any number of pairs of poles, for example six or eight pairs of poles.
  • the rotating electrical machine may have a stator having a polyphase electrical winding, for example formed by wires or by conductive bars connected to one another.
  • the rotating electrical machine may include an electronic power component, capable of being connected to the on-board network of a vehicle.
  • This electronic power component comprises for example an inverter/rectifier making it possible, depending on whether the rotating electrical machine operates as a motor or as a generator, to charge an on-board network of the vehicle or to be electrically supplied from this network.
  • the rotating electrical machine may also include a pulley or any other means of connection to the rest of a powertrain of the vehicle.
  • the rotating electrical machine is for example connected, in particular via a belt, to the crankshaft of a heat engine of the vehicle.
  • the rotating electrical machine is connected to other locations of the powertrain, for example at the input of a gearbox from the point of view of the torque transiting towards the wheels of the vehicle, at the output of the gearbox from the point of view of the torque transiting towards the wheels of the vehicle, at the level of the gearbox from the point of view of the torque transiting towards the wheels of the vehicle, or even on the front axle or the rear axle of this powertrain.
  • FIG. 1 shows a partial schematic sectional view of a rotating electrical machine
  • FIG. 2 shows a partial schematic sectional view of a rotating electrical machine according to a first embodiment of the invention
  • figure 3 represents a partial schematic of a detail of figure 2
  • FIG. 4 shows a partial schematic sectional view of a rotating electrical machine according to a second embodiment of the invention
  • FIG. 5 shows a partial schematic sectional view of a rotating electrical machine according to a third embodiment of the invention.
  • FIG. 1 represents a schematic partial sectional view of a rotating electric machine 1 having an axis of rotation A according to a first embodiment of the invention.
  • the rotating electrical machine 1 comprises a stator 2 and a rotor 3 in a casing.
  • the housing comprises for example a first bearing 5, a second bearing 6 and a tubular spacer 7.
  • the tubular spacer 7 is for example clamped between the first bearing 5 and the second bearing 6, for example thanks to tie rods not shown between the first bearing 5 and second bearing 6.
  • the stator is fixed inside the casing 32, for example mounted tight in the tubular spacer 7.
  • the terms radial and radially are understood relative to the axis of rotation A.
  • the terms longitudinal and longitudinally means in the direction of the axis of rotation A.
  • the tubular spacer comprises a cooling chamber in which a cooling liquid circulates.
  • the stator comprises a stator body 9 and a winding 8.
  • the stator body 9 comprises for example a first stack of magnetic laminations.
  • the winding 8 comprises electrical conductors, an active part of which passes through notches formed in the stator body 9 and a connection part or bun is formed outside the notches.
  • the winding 8 is for example a hairpin-type winding.
  • the rotor 3 is for example fixed on a shaft 4 with axis of rotation A.
  • the shaft 4 is guided in rotation by a first bearing 11 mounted in the first bearing 5 and a second bearing 12 mounted in the second bearing 6.
  • a drive element 13, for example a pulley or a gear is fixed to the shaft 4.
  • the shaft 4 is guided in rotation with respect to the first bearing and to the second bearing thanks to other known means of guiding in rotation, for example plain bearings.
  • FIG. 2 represents a view in section in a plane perpendicular to the axis of rotation A of the stator 2 and of the rotor 3 of a rotating electrical machine according to a first embodiment.
  • the stator body 9 comprises teeth 19 whose radially inner end 20 is free. Notches 21 are delimited by two successive teeth 19.
  • Each tooth 19 includes a first tooth root 22 extending circumferentially in a first direction and a second tooth root 23 extending circumferentially in a second direction opposite to the first direction.
  • the conductors of the winding 8 are for example housed between a bottom of the notch, radially outside the notch 21, and the first tooth root 22 and/or the second tooth root 23.
  • the rotor 3 is inscribed in a cylinder of revolution having for axis the axis and of rotation A and having an external radius L.
  • the rotor 3 comprises a rotor body 24 and permanent magnets 14, 15, 27, 28.
  • the rotor body 24 comprises for example a second stack of magnetic laminations.
  • the rotor body 24 comprises cavities 21 in which the permanent magnets 14, 15, 27, 28 are arranged so as to form a succession of North magnetic poles 25 and South magnetic poles 26.
  • the cavities 21 are for example longitudinal cavities.
  • Each North magnetic pole 25 and South magnetic pole 26 have a central axis d passing through the axis of rotation A.
  • the central axis d passes through the point on the magnetic pole where the absolute value of the first harmonic of a magnetic field is the higher.
  • the absolute value of the first harmonic of the magnetic field is measured on the external radius L while rotating around the rotor 3 with respect to the axis of rotation A, the rotor 3 being immobile and the winding 8 of the stator 2 not being electrically supplied . It is understood that the harmonic is considered here with respect to an angle around the axis of rotation A.
  • a quadrature axis q passing through the axis of rotation A is equidistant from two successive central axes.
  • the cavities 21 can be closed in a plane perpendicular to the axis of rotation A so that the permanent magnets are buried as in the first embodiment.
  • a first cavity 33, 35 and a second cavity 34, 36 each receive for example at least one permanent magnet 14, 15, 27, 28.
  • the first cavity 33, 35 and the second cavity 34, 36 define, in a plane orthogonal to the axis of rotation A, a V-shape.
  • the first cavity 33 and the second cavity 34 are for example longitudinal.
  • the top of the V is oriented radially outward.
  • the poles of the permanent magnets oriented towards the top of the V are identical and define a polarity of said magnetic pole of the rotor.
  • the first cavity 33, 35 and the second cavity 34, 36 can be separated at the tip of the V, for example by a strip of material from the rotor body 24.
  • first cavity and the second cavity meet at the tip of the V.
  • the first cavity and second cavity then form a single V-shaped cavity.
  • the first cavity and the second cavity receiving the magnets are separated radially on the inside by a third cavity also receiving a magnet.
  • the orientation of the third cavity is for example perpendicular to a radius of the rotor.
  • the radially outward oriented pole of the permanent magnet received in the third cavity is the same as the radially outward oriented pole of the permanent magnets received in the first cavity and the second cavity.
  • the first cavity, the second cavity and the third cavity define a U-shape.
  • the first cavity, the second cavity and the third cavity join together so as to form a single U-shaped cavity.
  • the magnets received in this single cavity come together to form a single U-shaped magnet.
  • the number of notches of the stator per magnetic pole is for example greater than or equal to 1. In the embodiments of the invention shown in the figures, the number of notches of the stator per magnetic pole is 6.
  • the winding 8 comprises for example several phases and the number of slots per phase is greater than or equal to one.
  • the winding 8 of the rotary electric machine 1 is for example three-phase or double three-phase.
  • An electrical assembly may include the rotating electrical machine 1 and an inverter, not shown.
  • the inverter supplies winding 8.
  • the inverter allows for example two different types of control of the rotating electrical machine: a full wave type control and a pulse width modulation control.
  • the inverter is powered or powers a source of electrical energy, in particular an electric battery, having a voltage between 24V and 60V.
  • Figure 3 shows a detail of the first embodiment of the invention of figure 2.
  • a first distance H1 is a width of one of the notches 21 in a plane perpendicular to the axis of rotation A.
  • the first distance H1 is defined radially at the level of the radially innermost conductor 37 passing through the notch.
  • the first distance H1 is for example the smallest distance measured radially at the level of a widest zone of the section of the radially innermost conductor 37.
  • the conductors have a rectangular section and the notches 21 have a trapezoidal section in a plane perpendicular to the axis of rotation A.
  • the width of the notches is wider in a zone radially outside the notches than in a zone radially inside the notches 21.
  • the first distance H1 is therefore measured at the radially inner level, excluding rounding, of the radially innermost conductor 37.
  • the conductors have a round section.
  • the first distance is therefore measured radially at the level of the center of the round section.
  • a second distance H2 is the distance, measured in a plane perpendicular to the axis of rotation A, between a first end of one of the first tooth roots 22 and a second end of one of the second tooth roots 23, the first end of one of the first roots 22 and the second end of one of the second tooth roots 23 facing each other and belonging to two successive teeth.
  • the first distance H1 is greater than or equal to 0.40, in particular greater than or equal to 0.48, and less than or equal to 0.7.
  • a third distance El is the minimum distance, measured radially on the central axis d of one of the North magnetic poles 25 and South magnetic poles 26, between a first magnetic material of the stator body 9 and a first magnetic material of the rotor 3
  • the first magnetic material of the stator body 9 is for example the first stack of magnetic laminations.
  • the first magnetic material of the rotor 3 is for example the second stack of magnetic laminations or one of the permanent magnets. In the first embodiment of the invention of Figure 2 and Figure 3, the first magnetic material of the rotor 3 is the second stack of magnetic laminations.
  • a fourth distance E2 is the minimum distance, measured on the quadrature axis q, between a second magnetic material of the stator body 9 and a second magnetic material of the rotor 3.
  • the second magnetic material of the stator body 9 is for example the first stack of magnetic sheets.
  • the second magnetic material of the rotor 3 is for example the second stack of magnetic laminations or one of the permanent magnets. In the first embodiment of the invention of Figure 2 and Figure 3, the second magnetic material of the rotor 3 is the second stack of magnetic laminations.
  • a second ratio C2 between the fourth distance E2 and the third distance El is greater than or equal to 0.8 and less than or equal to 1.5.
  • a fifth distance H3 is the maximum width of one of the notches.
  • the second distance H2 is for example less than the fifth distance H3.
  • FIG. 4 represents a cross-sectional view, in a plane perpendicular to the axis of rotation A, of the stator 2 and of the rotor 3 of a rotating electrical machine according to a second embodiment.
  • the second embodiment is similar to the first embodiment.
  • the arrangement of the permanent magnets 29, 30 in the body of the rotor 24 is different.
  • Cavities 38 for example longitudinal cavities, are formed in the rotor body 24 so as to receive the permanent magnets 29, 30.
  • the permanent magnets have a radial magnetization that is, one of the North Pole and the South Pole of the permanent magnet is oriented radially outward and the other of the North Pole and the South Pole is oriented radially inward.
  • Permanent magnets 29 whose pole oriented radially outwards is a North pole and permanent magnets 30 whose pole oriented radially outwards is a South pole alternate circumferentially.
  • a succession of North magnetic poles 25 and South magnetic poles 26 is formed on the rotor 3.
  • the permanent magnets 29, 30 have for example a rectangular parallelepiped shape extending longitudinally in the cavities 38.
  • the permanent magnets comprise a plurality of elementary permanent magnets.
  • the cavities 38 can be closed in a plane perpendicular to the axis of rotation A so that the permanent magnets are buried.
  • the first magnetic material of the rotor 3 used to define the third distance El is, as in the first embodiment of the invention, the second stack of magnetic laminations.
  • the second magnetic material of the rotor used to define the fourth distance E2 is, as in the first embodiment of the invention, the second stack of magnetic laminations.
  • FIG. 5 represents a view in section, in a plane perpendicular to the axis of rotation A, of the stator 2 and of the rotor 3 of a rotating electric machine according to a third embodiment.
  • the third embodiment is similar to the second embodiment. However, the arrangement of the permanent magnets 31, 32 in the rotor body 24 is different.
  • the permanent magnets 31, 32 are arranged on the surface of the outer surface of the rotor body 24.
  • the rotor body 24 comprises cavities 39 open radially outwards and receiving the magnets permanent 31, 32.
  • the rotor comprises an outer casing made of a non-magnetic material, in particular an aluminum alloy or plastic material.
  • the casing contributes for example to the radial holding of the magnets on the rotor body.
  • the first magnetic material of the rotor 3 used to define the third distance El is the permanent magnet 31, 32.
  • the second magnetic material of the rotor used to define the fourth distance E2 is, as in the second embodiment of the invention, the second stack of magnetic laminations.
  • the cavities are formed so that the permanent magnets have orthoradial magnetization.
  • the orientation of the poles of two successive permanent magnets alternates so that the poles facing each other by two successive magnets are North poles or South poles so as to respectively form a North magnetic pole or a South magnetic pole of the rotor.

Abstract

L'invention porte sur une machine électrique tournante comprenant : - un stator (2) comprenant un corps de rotor (9) et un bobinage (8), le bobinage (8) passant dans des encoches (21) du corps de rotor (9), les encoches ayant un isthme, - un rotor (3) comprenant un corps de rotor (24) avec des cavités (33, 34, 35, 36, 38, 39) et des aimants permanents (14, 15, 27, 28, 29, 30, 31, 32), disposés dans les cavités, formant des pôles magnétiques (25, 26) ayant un axe central (d), un axe en quadrature (q) étant équidistant de deux axes centraux successifs (d), le ratio (C1) entre la largeur de isthme et la largeur de l'encoche (21) étant supérieur ou égal à 0,40 et inférieur ou égal à 0,7, 0 le ratio (C2) entre un entrefer au niveau de l'axe central et un entrefer au niveau de l'axe en quadrature étant supérieur ou égal à 0,8 et inférieur ou égal à 1,5. L'invention porte également sur un ensemble électrique comprenant une telle machine électrique tournante et un onduleur.

Description

Description
Titre de l'invention : Machine électrique tournante pour contrôle pleine onde et à modulation de largeur d’impulsion et ensemble électrique
L’invention porte sur une machine électrique tournante adaptée pour être contrôlée avec une stratégie de commande de type pleine onde et une stratégie de commande à modulation de largeur d’impulsion. L’invention porte également sur un ensemble électrique comprenant une telle machine électrique tournante et un onduleur.
Il est connu de la demande de brevet FR3086118A1, une machine électrique tournante ayant un axe de rotation et comprenant:
- un stator comprenant :
- un corps de stator, notamment un premier empilement de tôles magnétiques, comprenant des dents dont l’extrémité radialement intérieure est libre, des encoches étant délimitées par deux dents successives, chaque dent comprenant un premier pied de dent s’étendant circonférentiellement dans une première direction et un deuxième pied de dent s’étendant circonférentiellement dans une deuxième direction opposée à la première direction,
- un bobinage comprenant des conducteurs passant dans les encoches,
- un rotor, inscrit dans un cylindre de révolution ayant pour axe F axe et de rotation et ayant un rayon externe, et comprenant :
- un corps de rotor, notamment un deuxième empilement de tôles magnétique, comprenant des cavités,
- des aimants permanents disposés à l’intérieur des cavités de manière à former une succession de pôles magnétiques Nord et pôles magnétiques Sud, chaque pôle magnétique Nord et pôle magnétique Sud ayant un axe central où la valeur absolue du premier harmonique du champ magnétique est la plus élevée, un axe en quadrature étant équidistant de deux axes centraux successifs.
Ce type de machine électrique tournante peut être alimenté par un onduleur alimentant le bobinage avec une stratégie de type à modulation de la largeur d’impulsion (MLI ou PWM en anglais) à basse vitesse de rotation et une stratégie de type pleine onde à haute vitesse de rotation. Ce type d’alimentation permet de réduire les pertes énergétiques dans l’onduleur. Cependant à basse charge la stratégie pleine onde augmente les pertes énergétiques dans la machine électrique tournante. Le rendement de l’ensemble électrique est alors réduit, augmentant la consommation électrique quand l’ensemble électrique est utilisé en mode moteur et réduisant l’énergie générée quand l’ensemble électrique est utilisé en mode générateur. La présente invention vise à résoudre tout ou partie de ces inconvénients.
L’invention porte sur une machine électrique tournante ayant un axe de rotation comprenant :
- un stator comprenant :
- un corps de stator, notamment un premier empilement de tôles magnétiques, comprenant des dents dont l’extrémité radialement intérieure est libre, des encoches étant délimitées par deux dents successives, chaque dent comprenant un premier pied de dent s’étendant circonférentiellement dans une première direction et un deuxième pied de dent s’étendant circonférentiellement dans une deuxième direction opposée à la première direction,
- un bobinage comprenant des conducteurs passant dans les encoches,
- un rotor comprenant :
- un corps de rotor, notamment un deuxième empilement de tôles magnétique, comprenant des cavités,
- des aimants permanents disposés à l’intérieur des cavités de manière à former une succession de pôles magnétiques Nord et pôles magnétiques Sud, chaque pôle magnétique Nord et pôle magnétique Sud ayant un axe central et un axe en quadrature équidistant de deux axes centraux successifs, les axes centraux et les axes en quadrature passant par l’axe de rotation, dans laquelle, dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation :
- une première distance est une largeur d’une encoche définie radialement au niveau du conducteur radialement le plus intérieur passant dans l’encoche,
- une deuxième distance est la distance entre une première extrémité de l’un des premiers pieds de dent et une deuxième extrémité de l’un des deuxièmes pieds de dent, la première extrémité de l’un des premiers pieds et la deuxième extrémité de l’un des deuxièmes pieds de dent se faisant face et appartenant à deux dents successives,
- une troisième distance est la distance minimale, mesurée radialement sur l’axe central de l’un des pôles magnétiques Nord et pôles magnétiques Sud, entre un premier matériau magnétique du corps de stator, notamment le premier empilement de tôles magnétiques, et un premier matériau magnétique du rotor, notamment le deuxième empilement de tôles magnétiques ou l’un des aimants permanents,
- une quatrième distance est la distance minimale, mesurée sur l’axe en quadrature, entre un deuxième matériau magnétique du corps de stator, notamment le premier empilement de tôles magnétiques, et un deuxième matériau magnétique du rotor, notamment le deuxième empilement de tôles magnétiques ou l’un des aimants permanents, un premier ratio entre :
- la différence la première distance et la deuxième distance, et
- la première distance étant supérieur ou égal à 0,40, notamment supérieur ou égal à 0,48, et inférieur ou égal à 0,7, et un deuxième ratio entre la quatrième distance et la troisième distance étant supérieur ou égal à 0,8 et inférieur ou égal à 1,5.
En utilisant de telles valeurs pour le premier ratio et le deuxième ratio, on obtient des formes de pôles magnétiques de rotor associées à une taille d’encoche de stator qui permettent une amélioration globale du rendement d’un ensemble comprenant la machine électrique tournante et un onduleur qui lui est associé. En effet pour avoir un bon rendement de l’onduleur, on alimente le bobinage du stator avec une stratégie de type à modulation de la largeur d’impulsion à basse vitesse de rotation et une stratégie de type pleine onde à haute vitesse de rotation. L’utilisation d’un premier ratio supérieur ou égal à 0,40, notamment supérieur ou égal à 0,48, et inférieur ou égal à 0,7, et d’un deuxième ratio supérieur ou égal à 0,8 et inférieur ou égal à 1,5 permet de réduire les pertes énergétiques dans la machine électrique tournante à basse charge et lorsque la stratégie pleine onde est utilisée sans dégrader la puissance maximale de l’ensemble électrique. Le rendement global de l’ensemble électrique est alors augmenté. La consommation électrique quand l’ensemble électrique est utilisé en mode moteur est réduite et l’énergie générée quand l’ensemble électrique est utilisé en mode générateur est augmentée.
Selon une caractéristique supplémentaire de l’invention les cavités sont fermées dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation A de manière à ce que les aimants permanents soient enterrés. L’utilisation d’aimants enterrés permet une amélioration du maintien en centrifugation des aimants dans le corps de rotor. Une telle caractéristique permet également de limiter la démagnétisation des aimants permanents.
Selon une caractéristique supplémentaire de l’invention, les aimants permanents ont une magnétisation radiale.
L’utilisation d’aimants agencés pour qu’ils aient une magnétisation radiale par rapport à l’axe de rotation permet une structure de rotor simple dans laquelle les pôles magnétiques du rotor sont par exemple formés grâce à un aimant unique.
Selon une caractéristique supplémentaire de l’invention, pour chacun des pôles magnétiques du rotor, une première cavité et une seconde cavité recevant chacune au moins un aimant permanent définissent, dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation, une forme en V, le haut du V étant orienté radialement vers l’extérieur, les pôles des aimants permanents orientés vers le haut du V étant identiques et définissant une polarité dudit pôle magnétique du rotor.
L’utilisation d’une structure en V permet d’améliorer le couple mécanique de la machine électrique tournante. Une telle structure permet également une amélioration de la puissance massique de la machine électrique tournante. Selon une caractéristique supplémentaire de l’invention la première cavité et la seconde cavité se rejoignent au niveau de la pointe du V.
Une telle caractéristique permet de rapprocher les aimants au niveau de la pointe du V. Il est ainsi possible d’augmenter le volume d’aimants dans le rotor et donc d’augmenter la puissance de la machine ou utiliser des aimants moins puissants sans réduire la puissance de la machine électrique tournante.
Selon une caractéristique supplémentaire de l’invention, les cavités sont formées de manière à ce que les aimants permanent aient une magnétisation orthoradiale, l’orientation des pôles de deux aimants permanents successifs alternant pour que les pôles se faisant face de deux aimants successifs soient des pôles Nord ou des pôles Sud de manière à former respectivement un pôle magnétique Nord ou un pôle magnétique Sud du rotor.
Une telle disposition des aimants permanents permet l’utilisation d’un volume d’aimant permanent important. Un tel volume d’aimant permanent permet d’obtenir des bonnes performances notamment avec des aimants permanents de type ferrite.
Selon une caractéristique supplémentaire de l’invention, le nombre d’encoches du stator par pôle magnétique du rotor est supérieur ou égal à 1.
Selon une caractéristique supplémentaire de l’invention, le bobinage comprend plusieurs phases et le nombre d’encoches par phase est supérieur ou égal à 1.
Selon une caractéristique supplémentaire de l’invention, le bobinage est triphasé ou double triphasé.
Selon une caractéristique supplémentaire de l’invention, une cinquième distance H3 étant la largeur maximale de l’une des encoches, la deuxième distance H2 est inférieure à la cinquième distance H3.
Selon une caractéristique supplémentaire de l’invention la puissance maximale de la machine électrique tournante est comprise entre 10 et 35kW.
Selon une caractéristique supplémentaire de l’invention le corps de stator est inscrit dans un cylindre dont le diamètre est supérieur ou égal à 90mm et inférieur ou égal à 250mm.
L’invention porte aussi sur un ensemble électrique comprenant une machine électrique tournante telle que décrite précédemment et un onduleur alimentant le bobinage et permettant une commande de type pleine onde et une commande à modulation de la largeur d’impulsion.
L’utilisation d’un tel onduleur permet d’améliorer le rendement de l’onduleur sur toute la plage de vitesses de rotation la machine électrique tournante. Une commande de type à modulation de la largeur d’impulsion peut être utilisée à basse vitesse de rotation et une stratégie de type pleine onde peut être utilisée à haute vitesse de rotation. Selon une caractéristique supplémentaire de l’invention, l’onduleur est alimenté ou alimente une source d’énergie électrique ayant une tension comprise entre 24V et 60V.
Dans tout ce qui précède, le rotor peut comprendre un nombre de paires de pôles quelconque, par exemple six ou huit paires de pôles.
Dans tout ce qui précède, la machine électrique tournante peut avoir un stator ayant un bobinage électrique polyphasé, par exemple formé par des fils ou par des barres conductrices reliées les unes les autres.
La machine électrique tournante peut comprendre un composant électronique de puissance, apte à être connecté au réseau de bord d’un véhicule. Ce composant électronique de puissance comprend par exemple un onduleur/redresseur permettant, selon que la machine électrique tournante fonctionne en moteur ou en génératrice, de charger un réseau de bord du véhicule ou d’être électriquement alimenté depuis ce réseau.
La machine électrique tournante peut encore comprendre une poulie ou tout autre moyen de liaison vers le reste d’un groupe motopropulseur du véhicule. La machine électrique tournante est par exemple reliée, notamment via une courroie, au vilebrequin d’un moteur thermique du véhicule. En variante, la machine électrique tournante est reliée à d’autres emplacement du groupe motopropulseur, par exemple à l’entrée d’une boîte de vitesses du point de vue du couple transitant vers les roues du véhicule, en sortie de la boîte de vitesses du point de vue du couple transitant vers les roues du véhicule, au niveau de la boîte de vitesses du point de vue du couple transitant vers les roues du véhicule, ou encore sur le train avant ou le train arrière de ce groupe motopropulseur.
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d’exemples non limitatifs de mise en œuvre de celle-ci et à l’examen du dessin annexé sur lequel :
- la figure 1 représente une vue partielle schématique en coupe d’une machine électrique tournante,
- la figure 2 représente une vue partielle schématique en coupe d’une machine électrique tournante selon un premier mode de réalisation de l’invention,
- la figure 3 représente une partielle schématique d’un détail de la figure 2,
- la figure 4 représente une vue partielle schématique en coupe d’une machine électrique tournante selon un deuxième mode de réalisation de l’invention,
- la figure 5 représente une vue partielle schématique en coupe d’une machine électrique tournante selon un troisième mode de réalisation de l’invention.
Sur toutes les figures, les éléments identiques ou assurant la même fonction portent les mêmes numéros de référence. Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation ou que les caractéristiques s’appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d’autres réalisations. La figure 1 représente une vue partielle schématique en coupe d’une machine électrique tournante 1 ayant un axe de rotation A selon un premier mode de réalisation de l’invention. La machine électrique tournante 1 comprend un stator 2 et un rotor 3 dans un carter. Le carter comprend par exemple un premier palier 5, un deuxième palier 6 et une entretoise tubulaire 7. L’entretoise tubulaire 7 est par exemple enserrée entre le premier palier 5 et le deuxième palier 6, par exemple grâce à des tirants non représentés entre le premier palier 5 et le deuxième palier 6. Le stator est fixé à l’intérieur du carter 32, par exemple monté serré dans l’entre toise tubulaire 7.
Au sens de l’invention, sauf en cas de précision contraire, les termes radial et radialement s’entendent par rapport à l’axe de rotation A. Au sens de l’invention, sauf en cas de précision contraire, les termes longitudinal et longitudinalement signifient dans la direction de l’axe de rotation A.
Dans un mode de réalisation non représenté de l’invention, l’entretoise tubulaire comprend une chambre de refroidissement dans laquelle circule un liquide de refroidissement.
Dans un mode de réalisation non représenté de l’invention, il n’y a pas d’entretoise tubulaire et le stator est enserré entre le premier palier et le deuxième palier.
Le stator comprend un corps de stator 9 et un bobinage 8. Le corps de stator 9 comprend par exemple un premier empilage de tôles magnétiques. Par exemple le bobinage 8 comprend des conducteurs électriques dont une partie active passe dans des encoches formées dans le corps de stator 9 et une partie de connexion ou chignon est formée à l’extérieur des encoches. Le bobinage 8 est par exemple un bobinage de type en épingles.
Le rotor 3 est par exemple fixé sur un arbre 4 d’axe de rotation A. L’arbre 4 est guidé en rotation par un premier roulement 11 monté dans le premier palier 5 et un deuxième roulement 12 monté dans le deuxième palier 6. Un élément d’entrainement 13, par exemple une poulie ou un engrenage est fixé à l’arbre 4.
Dans un autre mode de réalisation non représenté, l’arbre 4 est guidé en rotation par rapport au premier palier et au deuxième palier grâce à d’autres moyens de guidage en rotation connus, par exemple des paliers lisses.
La figure 2 représente une vue en coupe dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation A du stator 2 et du rotor 3 d’une machine électrique tournante selon un premier mode de réalisation. Le corps de stator 9 comprend des dents 19 dont l’extrémité radialement intérieure 20 est libre. Des encoches 21 sont délimitées par deux dents 19 successives. Chaque dent 19 comprend un premier pied de dent 22 s’étendant circonférentiellement dans une première direction et un deuxième pied de dent 23 s’étendant circonférentiellement dans une deuxième direction opposée à la première direction.
Les conducteurs du bobinage 8 sont par exemple logés entre un fond de l’encoche, radialement à l’extérieur de l’encoche 21, et le premier pied de dent 22 et/ou le deuxième pied de dent 23.
Le rotor 3 est inscrit dans un cylindre de révolution ayant pour axe l’axe et de rotation A et ayant un rayon externe L.
Le rotor 3 comprend un corps de rotor 24 et des aimants permanents 14, 15, 27, 28. Le corps de rotor 24 comprend par exemple un deuxième empilement de tôles magnétiques. Le corps de rotor 24 comprend des cavités 21 dans lesquels les aimants permanents 14, 15, 27, 28 sont disposés de manière à former une succession de pôles magnétiques Nord 25 et pôles magnétiques Sud 26. Les cavités 21 sont par exemple des cavités longitudinales.
Chaque pôle magnétique Nord 25 et pôle magnétique Sud 26 ont un axe central d passant par l’axe de rotation A. L’axe central d passe par le point du pôle magnétique où la valeur absolue du premier harmonique d’un champ magnétique est la plus élevée. La valeur absolue du premier harmonique du champ magnétique est mesurée sur le rayon externe L en tournant autour du rotor 3 par rapport à l’axe de rotation A, le rotor 3 étant immobile et le bobinage 8 du stator 2 n’étant pas alimenté électriquement. On comprend que l’harmonique est ici considéré par rapport à un angle autour de l’axe de rotation A. Un axe en quadrature q passant par l’axe de rotation A est équidistant de deux axes centraux successifs.
Les cavités 21 peuvent être fermées dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation A de manière à ce que les aimants permanents soient enterrés comme dans le premier mode de réalisation.
Pour chacun des pôles magnétiques 25, 26 du rotor 3, une première cavité 33, 35 et une seconde cavité 34, 36 reçoivent par exemple chacune au moins un aimant permanent 14, 15, 27, 28. La première cavité 33, 35 et la seconde cavité 34, 36 définissent, dans un plan orthogonal à l’axe de rotation A, une forme en V. La première cavité 33 et la deuxième cavité 34 sont par exemple longitudinales. Le haut du V est orienté radialement vers l’extérieur. Les pôles des aimants permanents orientés vers le haut du V sont identiques et définissent une polarité dudit pôle magnétique du rotor. La première cavité 33, 35 et la deuxième cavité 34, 36 peuvent être séparées au niveau de la pointe du V par exemple par une bande de matière du corps de rotor 24.
Dans un autre mode de réalisation de l’invention non représenté, la première cavité et la deuxième cavité se rejoignent au niveau de la pointe du V. La première cavité et deuxième cavité forment alors une seule cavité en forme de V.
Dans un autre mode de réalisation de l’invention non représenté, la première cavité et la deuxième cavité recevant les aimants sont séparées radialement à l’intérieur par une troisième cavité recevant également un aimant. L’orientation de la troisième cavité est par exemple perpendiculaire à un rayon du rotor. Le pôle orienté radialement vers l’extérieur de l’aimant permanent reçu dans la troisième cavité est le même que le pôle orienté radialement vers l’extérieur des aimants permanents reçus dans la première cavité et la deuxième cavité. La première cavité, la deuxième cavité et la troisième cavité définissent une forme de U.
Dans une variante non représentée de cet autre mode de réalisation de l’invention, la première cavité, la deuxième cavité et la troisième cavité se rejoignent de manière à former une seule cavité en forme de U. En variante les aimants reçus dans cette seule cavité se rejoignent de manière à former un seul aimant en forme de U.
Le nombre d’encoches du stator par pole magnétique est par exemple supérieur ou égal à 1. Dans les modes de réalisation de l’invention représentés sur les figures, le nombre d’encoches du stator par pole magnétique est 6.
Le bobinage 8 comprend par exemple plusieurs phases et le nombre d’encoches par phase est supérieur ou égal à un.
Le bobinage 8 de la machine électrique tournante 1 est par exemple triphasé ou double triphasé. Un ensemble électrique peut comprendre la machine électrique tournante 1 et un onduleur non représenté. L’onduleur alimente le bobinage 8. L’onduleur permet par exemple deux types de commande différentes de la machine électrique tournante : une commande de type pleine onde et une commande à modulation de la largeur d’impulsion.
Par exemple, l’onduleur est alimenté ou alimente une source d’énergie électrique, notamment une batterie électrique, ayant une tension comprise entre 24V et 60V.
La figure 3 représente un détail du premier mode de réalisation de l’invention de la figure 2.
Une première distance H1 est une largeur de l’une des encoches 21 dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation A. La première distance H1 est définie radialement au niveau du conducteur radialement le plus intérieur 37 passant dans l’encoche. La première distance H1 est par exemple la distance la plus petite mesurée radialement au niveau d’une zone la plus large de la section du conducteur radialement le plus intérieur 37.
Par exemple, dans les modes de réalisation représentés sur les figures, les conducteurs ont une section rectangulaire et les encoches 21 ont une section trapézoïdale dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation A. La largeur des encoches est plus large dans une zone radialement à l’extérieur des encoches que dans une zone radialement à l’intérieur des encoches 21. La première distance H1 est donc mesurée au niveau radialement intérieur, hors arrondi, du conducteur radialement le plus intérieur 37.
Dans un autre mode de réalisation de l’invention non représenté, les conducteurs ont une section ronde. La première distance est donc mesurée radialement au niveau du centre de la section ronde. Une deuxième distance H2 est la distance, mesurée dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation A, entre une première extrémité de l’un des premiers pieds de dent 22 et une deuxième extrémité de l’un des deuxièmes pieds de dent 23, la première extrémité de l’un des premiers pieds 22 et la deuxième extrémité de l’un des deuxièmes pieds de dent 23 se faisant face et appartenant à deux dents successives.
Un premier ratio Cl entre :
- la différence la première distance H1 et la deuxième distance H2, et
- la première distance H1 est supérieur ou égal à 0,40, notamment supérieur ou égal à 0,48, et inférieur ou égal à 0,7.
Une troisième distance El est la distance minimale, mesurée radialement sur l’axe central d de l’un des pôles magnétiques Nord 25 et pôles magnétiques Sud 26, entre un premier matériau magnétique du corps de stator 9 et un premier matériau magnétique du rotor 3. Le premier matériau magnétique du corps de stator 9 est par exemple le premier empilement de tôles magnétiques. Le premier matériau magnétique du rotor 3 est par exemple le deuxième empilement de tôles magnétiques ou l’un des aimants permanents. Dans le premier mode de réalisation de l’invention de la figure 2 et la figure 3, le premier matériau magnétique du rotor 3 est le deuxième empilement de tôles magnétiques.
Une quatrième distance E2 est la distance minimale, mesurée sur l’axe en quadrature q, entre un deuxième matériau magnétique du corps de stator 9 et un deuxième matériau magnétique du rotor 3. Le deuxième matériau magnétique du corps de stator 9 est par exemple le premier empilement de tôles magnétiques. Le deuxième matériau magnétique du rotor 3 est par exemple le deuxième empilement de tôles magnétiques ou l’un des aimants permanents. Dans le premier mode de réalisation de l’invention de la figure 2 et la figure 3, le deuxième matériau magnétique du rotor 3 est le deuxième empilement de tôles magnétiques.
Un deuxième ratio C2 entre la quatrième distance E2 et la troisième distance El est supérieur ou égal à 0,8 et inférieur ou égal à 1,5.
Une cinquième distance H3 est la largeur maximale de l’une des encoches. La deuxième distance H2 est par exemple inférieure à la cinquième distance H3.
La figure 4 représente une représente une vue en coupe, dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation A, du stator 2 et du rotor 3 d’une machine électrique tournante selon un deuxième mode de réalisation.
Le deuxième mode de réalisation est similaire au premier mode de réalisation. Cependant la disposition des aimants permanents 29, 30 dans le corps du rotor 24 est différente. Des cavités 38, par exemple des cavités longitudinales, sont formées dans le corps de rotor 24 de manière recevoir les aimants permanent 29, 30. Les aimants permanents ont une magnétisation radiale c’est-à-dire qu’un du pôle Nord et du pôle Sud de l’aimant permanent est orienté radialement vers l’extérieur et l’autre du pôle Nord et du pôle Sud est orienté radialement vers l’intérieur. Des aimants permanents 29 dont le pôle orienté radialement vers l’extérieur est un pôle Nord et de aimants permanents 30 dont le pôle orienté radialement vers l’extérieur est un pôle Sud alternent circonférenciellement. Ainsi une succession de pôles magnétiques Nord 25 et de pôles magnétiques Sud 26 est formée sur le rotor 3.
Les aimants permanents 29, 30 ont par exemple une forme de parallélépipède rectangle s’étendant longitudinalement dans les cavités 38.
Dans un autre mode de réalisation non représenté de l’invention, les aimants permanents comprennent une pluralité d’aimants permanents élémentaires.
Dans le deuxième mode de réalisation, les cavités 38 peuvent être fermées dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation A de manière à ce que les aimants permanents soient enterrés. Dans le deuxième mode de réalisation de l’invention, le premier matériau magnétique du rotor 3 utilisé pour définir la troisième distance El est, comme dans le premier mode de réalisation de l’invention, le deuxième empilement de tôles magnétiques. De même le deuxième matériau magnétique du rotor utilisé pour définir la quatrième distance E2 est, comme dans le premier mode de réalisation de l’invention, le deuxième empilement de tôles magnétiques.
La figure 5 représente une vue en coupe, dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation A, du stator 2 et du rotor 3 d’une machine électrique tournante selon un troisième mode de réalisation. Le troisième mode de réalisation est similaire au deuxième mode de réalisation. Cependant la disposition des aimants permanents 31, 32 dans le corps de rotor 24 est différente.
Dans le troisième mode de réalisation de l’invention, les aimants permanents 31, 32 sont disposés en surface de la surface externe du corps de rotor 24. Le corps de rotor 24 comprend des cavités 39 ouvertes radialement vers l’extérieur et recevant les aimants permanents 31, 32.
Dans une variante non représentée du troisième mode de réalisation, le rotor comprend une enveloppe externe réalisée dans un matériau amagnétique, notamment un alliage d’aluminium ou de la matière plastique. L’enveloppe participe par exemple au maintien radial des aimants sur le corps de rotor.
Dans le troisième mode de réalisation et sa variante, le premier matériau magnétique du rotor 3 utilisé pour définir la troisième distance El est l’aimant permanent 31, 32. Le deuxième matériau magnétique du rotor utilisé pour définir la quatrième distance E2 est, comme dans le deuxième mode de réalisation de l’invention, le deuxième empilement de tôles magnétiques.
Dans un autre mode de réalisation de l’invention non représenté, les cavités sont formées de manière à ce que les aimants permanent aient une magnétisation orthoradiale. L’orientation des pôles de deux aimants permanents successifs alterne pour que les pôles se faisant face de deux aimants successifs soient des pôles Nord ou des pôles Sud de manière à former respectivement un pôle magnétique Nord ou un pôle magnétique Sud du rotor.

Claims

Revendications lectrique tournante (1) ayant un axe de rotation (A) comprenant :
- un stator (2) comprenant :
- un corps de stator (9), notamment un premier empilement de tôles magnétiques, comprenant des dents (19) dont l’extrémité radialement intérieure est libre, des encoches (21) étant délimitées par deux dents (19) successives, chaque dent (19) comprenant un premier pied de dent (22) s’étendant circonférentiellement dans une première direction et un deuxième pied de dent (23) s’étendant circonférentiellement dans une deuxième direction opposée à la première direction,
- un bobinage (8) comprenant des conducteurs passant dans les encoches (21),
- un rotor (3) comprenant :
- un corps de rotor (24), notamment un deuxième empilement de tôles magnétique, comprenant des cavités (33, 34, 35, 36, 38, 39),
- des aimants permanents (14, 15, 27, 28, 29, 30, 31, 32) disposés à l’intérieur des cavités (33, 34, 35, 36, 38, 39) de manière à former une succession de pôles magnétiques Nord (25) et pôles magnétiques Sud (26), chaque pôle magnétique Nord (25) et pôle magnétique Sud (26) ayant un axe central (d) et un axe en quadrature (q) équidistant de deux axes centraux (d) successifs, les axes centraux (d) et les axes en quadrature (q) passant par l’axe de rotation (A), dans laquelle, dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation (A) :
- une première distance (Hl) est une largeur d’une encoche (21) définie radialement au niveau du conducteur radialement le plus intérieur (37) passant dans l’encoche (21),
- une deuxième distance (H2) est la distance entre une première extrémité de l’un des premiers pieds de dent (22) et une deuxième extrémité de l’un des deuxièmes pieds de dent (23), la première extrémité de l’un des premiers pieds (22) et la deuxième extrémité de l’un des deuxièmes pieds de dent (23) se faisant face et appartenant à deux dents (19) successives,
- une troisième distance (El) est la distance minimale, mesurée radialement sur l’axe central (d) de l’un des pôles magnétiques Nord (25) et pôles magnétiques Sud (26), entre un premier matériau magnétique du corps de stator (9), notamment le premier empilement de tôles magnétiques, et un premier matériau magnétique du rotor (3), notamment le deuxième empilement de tôles magnétiques ou l’un des aimants permanents (14, 15, 27, 28, 29, 30, 31, 32),
- une quatrième distance (E2) est la distance minimale, mesurée sur l’axe en quadrature (q), entre un deuxième matériau magnétique du corps de stator (9), notamment le premier empilement de tôles magnétiques, et un deuxième matériau magnétique du rotor (3), notamment le deuxième empilement de tôles magnétiques ou l’un des aimants permanents (14, 15, 27, 28, 29, 30, 31, 32), un premier ratio (Cl) entre :
- la différence la première distance (Hl) et la deuxième distance (H2), et
- la première distance (Hl), étant supérieur ou égal à 0,40, notamment supérieur ou égal à 0,48, et inférieur ou égal à 0,7, et un deuxième ratio (C2) entre la quatrième distance (E2) et la troisième distance (El) étant supérieur ou égal à 0,8 et inférieur ou égal à 1,5.
2. Machine électrique tournante (1) selon la revendication précédente dans laquelle les cavités (33, 34, 35, 36, 38) sont fermées dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation (A) de manière à ce que les aimants permanents (14, 15, 27, 28, 29, 30) soient enterrés.
3. Machine électrique tournante (1) selon l’une des revendications précédentes dans laquelle les aimants permanents (29, 30, 31, 32) ont une magnétisation radiale.
4. Machine électrique tournante (1) selon l’une des revendications 1 et 2 dans laquelle pour chacun des pôles magnétiques (25, 26) du rotor (3), une première cavité (33, 35) et une seconde cavité (34, 36) recevant chacune au moins un aimant permanent définissent, dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation (A), une forme en V, le haut du V étant orienté radialement vers l’extérieur, les pôles des aimants permanents (14, 15, 27, 28) orientés vers le haut du V étant identiques et définissant une polarité dudit pôle magnétique (25, 26) du rotor (3).
5. Machine électrique tournante (1) selon la revendication précédente dans laquelle la première cavité (33, 35) et la seconde cavité (34, 36) se rejoignent au niveau de la pointe du V.
6. Machine électrique tournante (1) selon l’une des revendications précédentes dans laquelle le nombre d’encoches (21) du stator par pôle magnétique (25, 26) du rotor (3) est supérieur ou égal à 1.
7. Machine électrique tournante (1) selon l’une des revendications précédentes dans laquelle le bobinage (8) comprend plusieurs phases et le nombre d’encoches (21) par phase est supérieur ou égal à 1. 14
8. Machine électrique tournante (1) selon l’une des revendications précédentes dans laquelle le bobinage (8) est triphasé ou double triphasé.
9. Machine électrique tournante (1) selon l’une des revendications précédentes dans laquelle une cinquième distance (H3) étant la largeur maximale de l’une des encoches (21), la deuxième distance (H2) est inférieure à la cinquième distance (H3).
10. Ensemble électrique comprenant une machine électrique tournante (1) selon l’une des revendications précédentes et un onduleur alimentant le bobinage (8) et permettant une commande de type pleine onde et une commande à modulation de la largeur d’impulsion.
11. Ensemble électrique selon la revendication précédente dans lequel l’onduleur est alimenté ou alimente une source d’énergie électrique ayant une tension comprise entre 24V et 60V.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3297130A1 (fr) * 2016-09-13 2018-03-21 Nanjing Chervon Industry Co., Ltd. Ensemble de stratification de rotor
US20180358876A1 (en) * 2017-06-07 2018-12-13 GM Global Technology Operations LLC Interior permanent magnet electric machine
WO2019081427A1 (fr) * 2017-10-26 2019-05-02 Compact Dynamics Gmbh Machine électrique avec puissance volumique augmentée
DE102018112971A1 (de) * 2018-05-30 2019-12-05 Hanon Systems Permanentmagnet-Synchronmotor und Magnetpositionierungssystem für einen Verdichter einer Fahrzeugklimaanlage
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Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3297130A1 (fr) * 2016-09-13 2018-03-21 Nanjing Chervon Industry Co., Ltd. Ensemble de stratification de rotor
US20180358876A1 (en) * 2017-06-07 2018-12-13 GM Global Technology Operations LLC Interior permanent magnet electric machine
WO2019081427A1 (fr) * 2017-10-26 2019-05-02 Compact Dynamics Gmbh Machine électrique avec puissance volumique augmentée
DE102018112971A1 (de) * 2018-05-30 2019-12-05 Hanon Systems Permanentmagnet-Synchronmotor und Magnetpositionierungssystem für einen Verdichter einer Fahrzeugklimaanlage
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