FR2928052A1

FR2928052A1 - Stator d'une machine dynamo-electrique a reluctance variable, a phases angulairement reparties dans des secteurs et a effet vernier

Info

Publication number: FR2928052A1
Application number: FR0800038A
Authority: FR
Inventors: Gerard Koehler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-01-04
Filing date: 2008-01-04
Publication date: 2009-08-28
Also published as: FR2928055A1

Abstract

Des secteurs statoriques angulaires 6 au nombre de N6 comportent chacun un nombre pair N'7 de pôles 7 au pas de P7. Deux secteurs 6 voisins sont séparés par des pôles d'extrémités 8a,8b ayant un pas P8 tel que le produit de N6 par N7 soit égal au nombre N2 de pôles rotoriques 2 moins la somme des espace entre les pôles d'extrémités 8a,8b de secteurs voisins ayant un pas P8, de façon à ce que les bobinages monophasés 9 des phases des secteurs 6 créent un champ tournant.Le pas P8 est choisi pour que les pas P7 et P2 soient légèrement différents de façon à créer un effet VERNIER entre les pôles statoriques 7 et rotoriques 2.De préférence, P8 est diminué pour avoir P7 plus grand que P2.De préférence, N6=4 et N7 7 est un multiple de 4.De préférence, le décalage total des pôles 7 d'un secteur est inférieur à 1/3 de P7.Le rapport cyclique d'impulsions de l'alimentation est suffisamment petit pour ne pas avoir de couples antagonistes;

Description

DESCRIPTION Par le WO 2005/122367 (KOEHLER), on connaît des machines dynamo-électriques à réluctance variable à entrefers cylindriques ou plans, à bobinages monophasés et à pôles conséquents disposés au stator, avec une répartition angulaire des phases.

Sur la figure 22 de ce WO, à entrefers cylindriques, la répartition des phases est angulaire de façon à avoir une machine à faible longueur axiale. Les entrefers peuvent aussi être plans comme sur la figure 17. Le but de la présente invention est de diminuer le taux d'ondulation d'une telle machine, ce taux étant plus élevé que celui des machines à composition vectorielle.

Un grand nombre de phases comme sur la figure 24 de ce WO permet de diminuer ce taux, mais avec des complications mécaniques et électroniques. Le WO 92/00628 (KOEHLER) a un faible taux d'ondulation car il est transversal à 5 phases, à réluctance pure, donc sans brusques variations de flux d'aimant permanent. Quoi que transversal, donc à bobinage simplifié, il a de faibles pertes fer car les circuits magnétiques proviennent du sectionnement d'un feuillard à grains orientés, bobiné en rectangle. Il a cependant une faible puissance massique. Ce taux d'ondulation peut aussi être diminué dans une machine à réluctance variable si les pôles de deux rangées d'entrefers coïncident à tour de rôle comme les rainures du pied à coulisse du mathématicien VERNIER, ce qui est réalisé dans le EP 0790695 (KOEHLER), mais ici dans une machine à rotor polarisé, à flux transversal à tôles empilées dans la direction du déplacement, entraînant des pertes fer élevées par l'attaque brusque de chaque tôle, au lieu de chacune progressivement et toutes simultanément. Le but de l'invention est de trouver des moyens pour diminuer le taux d'ondulation d'une machine à réluctance variable à phases angulairement réparties, telle que celle du FR 2 904 487 (KOEHLER) qui, avec 4 phases ou 2x2 phases, présente des caractéristiques avantageuses dans le domaine des roues motrices. L'invention a donc pour but de diminuer le taux d'ondulation de couple dans une machine dynamo-électrique tournante à réluctance variable, à entrefer cylindrique ou plans d'axe Z, comportant un circuit magnétique statorique à phases angulairement réparties dans des secteurs angulaires comprenant chacun un nombre pair de pôles, les pôles d'extrémités entre deux secteurs ayant un certain pas, les pôles d'un secteur étant polarisés d'une mamière alternative par un bobinage monophasé, l'ensemble de ces pôles statoriques faisant face à un nombre pair de pôles rotoriques qui ont un pas constant, appartenant à un circuit magnétique rotorique, le produit du nombre de secteurs par le nombre de pôles à pas constant par secteur étant égal au nombre de pôles rotoriques moins les espaces nécessaires aux décalages entre les secteurs en fonction du nombre de secteurs et de phases. De cette façon le stator engendre un champ tournant d'un secteur à son voisin. Les bobinages monophasés sont de préférence cylindriques, globaux et à pôles conséquents en fil suivant le FR 2901925 (KOEHLER) ou en plaques suivant le

2 FR 2898438 (KOEHLER). Ils peuvent aussi être plans comme dans le FR 2901073 (KOEHLER). Suivant l'invention, le pas des pôles d'extrémités de secteurs voisins a une valeur telle qu'elle rende légèrement différents les pas statorique et rotorique de façon à créer un effet VERNIER entre les pôles statoriques et rotoriques d'un même secteur. De préférence, le pas des pôles d'extrémités de secteurs voisins est diminué de façon à avoir un pas statorique supérieur au pas rotorique. Dans une réalisation préférée, le nombre de secteurs angulaires est égal à 4 et le nombre total de pôles statoriques est un multiple de 4.

Pratiquement, le décalage angulaire entre le premier pôle et le dernier pôle d'un secteur est prévu pour ne pas dépasser 30% du pas statorique. Le rapport cyclique d'impulsions de courant de l'alimentation est suffisamment petit pour éviter d'avoir des couples antagonistes. Les arcs polaires statoriques et rotoriques sont égaux mais on sait qu'ils peuvent être légèrement différents ou inclinés si cela apporte une réduction supplémentaire du taux d'ondulation de la machine. Le rotor peut être polarisé par des aimants permanents ou / et des bobinages ou cage d'écureuil. D'une manière connue, si le stator global est constitué par l'assemblage axial d'un 2 0 deuxième stator élémentaire au premier stator, cet axe d'assemblage pouvant constituer un essieu portant une roue gauche et une roue droite, le nombre total de phases peut être réparti entre ces deux stators élémentaires. Dans ce cas, les stators de droite et de gauche peuvent avoir chacun un circuit magnétique qui n'a que deux secteurs angulaires, justifiables de l'invention. 25 Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemple relatif à un stator d'une machine dynamo-électrique tournante à entrefers cylindriques ou plans et à bobinages de préférence à pôles conséquents: la figure 1 représente une machine à entrefers cylindriques à rotor intérieur bobiné, à 18 pôles et à stator à bobinage en fil comprenant 4 secteurs à chacun 4 pôles, et 30 la figure 2 représente une machine semblable mais à rotor extérieur à 50 pôles à aimants permanents et à stator à 4 secteurs de chacun 12 pôles, à bobinage en plaques. Sur la figure 1, le circuit magnétique rotorique 1 est intérieur, à entrefers cylindriques et est réalisé en tôles empilées. Il comporte des pôles rotoriques 2 dont le nombre pair N2 est ici de 18, ayant un arc de 12°, avec un pas rotorique P2 de 20°. 35 Entre ces pôles, chaque encoche est remplie par 50 conducteurs 3 à pôles conséquents en fil suivant le FR 07/00581 (KOEHLER), une seule encoche étant représentée avec ses conducteurs. Le stator polyphasé 4 comporte un circuit magnétique statorique 5 constitué par des secteurs angulaires 6 au nombre N6 ici de 4, chacun comportant des pôles statoriques 7 au

3 nombre N7 ici de 4 sur 12° également, à un pas statorique P7 de 12+8= 20° D'une manière connue, le pas P7 peut être identique au pas rotorique P2. Dans ce cas, sur un périmètre, il y a alors 4x4=16 pôles de 12° et 3x4=12 encoches de 8° soit au total: 192+96= 288° et pour un des quatre espaces entre secteurs voisins il reste un espace de 72/4= 18° pour loger deux bobinages de 8° et les pôles statoriques extrêmes voisins 8a et 8b ont entre eux un pas P8 égal dans ce cas à 18+12= 30° Les bobinages statoriques monophasés en fil 9, suivant le FR 2901925 cité, créent un champ magnétique statorique tournant d'un secteur à son voisin. Les 4 entrefers d'un secteur angulaire 6 se ferment tous simultanément. Il en résulte un taux d'ondulation plus élevé que si ces entrefers se fermaient à tour de rôle. Suivant l'invention, le pas P8 entre pôles d'extrémités 8a,8b est choisi de façon à ce que le pas statorique P7 soit légèrement différent du pas rotorique P2 en créant un effet VERNIER entre les pôles statoriques et rotoriques de chaque secteur, de façon à diminuer le taux d'ondulation des couples.

De préférence, la différence de pas P7,P2 des pôles statoriques 7 et rotoriques 2 est réalisée par une diminution du pas P8 entre les pôles d'extrémités 8a et 8b de façon à ne pas diminuer le volume de bobinage entre les autres pôles. Avec 3 phases, il y aurait des forces radiales non équilibrées sur l'axe et avec 2 phases et un seul stator, le sens de rotation ne serait pas déterminé.

Sur la figure 1, P8=27° au lieu de 30°, soit 1° de plus entre les 3 pôles décalés. On a donc P2 =20 et P7 =21 en créant l'effet VERNIER recherché. De plus, le volume disponible pour le bobinage est augmenté de 1 °. Les têtes de bobinage n'ont ici que la moitié du nombre de conducteurs des encoches, ce qui permet de loger les bobinages de deux phases dans une même encoche apparaissant entre deux phases. Ce bobinage en fil comporte ici 2x20= 40 spires et n'est représenté que dans quelques encoches. Des flèches représentent les forces entre pôles en tenant compte des décalages entre pôles statoriques et rotoriques. La résultante de ces forces de même direction est représentée par une flèche rotorique 10 pour un état instantané d'excitation.

La figure 2 est semblable à la figure 1, mais limitée à un seul secteur 6, avec un plus grand nombre de pôles et avec un circuit magnétique rotorique 1 extérieur, à aimants permanents 1 1 dont l'axe d'aimantation est angulaire. Ces aimants permanents sont logés entre des pôles rotoriques indépendants 12 au nombre de 50 au pas P 2 de 7,2°, à empilage de tôles, de forme triangulaire dont l'extrémité extérieure forme une queue d'aronde encastrée dans une culasse non magnétique extérieure 13, de façon a créer une concentration de flux dans les entrefers. Un bobinage statorique en 14 est ici constitué par des plaques suivant le FR 2898438 cité, avec également la moitié du nombre de conducteurs dans les encoches d'extrémités du secteur angulaire 6.

Les 12 pôles statoriques 7 ont un pas statorique P7 de 7,4° et au bout de 11 pas, le décalage total est donc de 2,2° soit 1/3 de pas rotorique P7. Un décalage total entre le premier et le dernier pôle d'un secteur est de préférence inférieur à 1/3 de pas statorique P7 afin d'éviter des couples antagonistes dans les pôles 5 d'extrémités. Le rapport cyclique d'impulsions de courant de l'alimentation peut aussi être suffisamment petit pour éviter d'avoir ces couples antagonistes. 10

Claims

REVENDICATIONS

1. Stator polyphasé (4) d'une machine dynamo-électrique tournante à réluctance variable à entrefers cylindriques ou plans, d'axe Z, comportant un circuit magnétique statorique (5) à phases angulairement réparties dans des secteurs angulaires (6) au nombre de (N6) comprenant chacun un nombre pair (N7) de pôles (7) à pas constant, les pôles d'extrémités (8a,8b) entre deux secteurs (6) ayant un certain pas (P8), les pôles d'un secteur étant polarisés d'une manière alternative par un bobinage monophasé (9), l'ensemble des pôles statoriques (7) faisant face à un nombre pair (N2) de pôles rotoriques (2) qui ont un pas (P2) constant, appartenant à un circuit magnétique rotorique (1), le produit du nombre (N6) de secteurs (6) par le nombre (N 7) de pôles (7) par secteur étant égal au nombre (N2) de pôles rotoriques (2) moins les espaces entre les pôles d'extrémités (8a,8b) nécessaires aux décalages entre les secteurs en fonction du nombre de secteurs et du nombre de phases pour créer un champ tournant d'un secteur à l'autre, ces espaces entre secteurs dépendant du pas (P8) entre les pôles d'extrémités (8a,8b), caractérisé en ce que le pas (P8) entre pôles d'extrémités (8a,8b) est choisi de façon à ce que le pas statorique (P7) soit légèrement différent du pas rotorique (P2), en créant ainsi un effet VERNIER entre les pôles statoriques (7) et rotoriques (2) de chaque secteur, de façon à diminuer le taux d'ondulation des couples.

2. Stator polyphasé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la différence de pas (P7,P2) des pôles statoriques (7) et rotoriques (2) est réalisée par une diminution du pas (P8) entre les pôles d'extrémités (8a,8b).

3. Stator polyphasé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le nombre (N6) de secteurs angulaires (6) est égal à 4 et en ce que le nombre (N7) de pôles statoriques d'un secteur (6) est un multiple de4.

4. Stator polyphasé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le décalage angulaire apporté entre le premier pôle et le dernier pôle d'un secteur angulaire (6) est inférieur à un tiers du pas statorique (P7).