Brevet FR2828596A1 — publié le 20030214

Machine électrique tournante ARRIERE PLAN DE L'INVENTION 1. Champ de l'invention La présente invention concerne une machine électrique tournante pouvant fonctionner en moteur électrique et un générateur. 2. Description de l'art concerné La Fig. 4 est une vue en coupe représentant une machine électrique tournante selon l'art concerné. Sur la Fig. 4, le numéro de référence 51 désigne une poulie installée à une partie d'extrémité pour être en mesure de transmettre de la puissance vers et depuis un moteur thermique, 52 désigne un arbre de rotor auquel la poulie 51 est fixée via un embrayage unidirectionnel (ou à roue libre), 53 désigne un noyau de rotor fixé sur l'arbre de rotor 52, et 54 désigne un enroulement de champ enroulé à l'intérieur du noyau de rotor 53, dans lequel un rotor est composé de l'arbre de rotor 52, du noyau de rotor 53 et de l'enroulement de champ 54. Le numéro de référence 55 désigne un noyau de stator disposé à l'opposé du rotor, et 56 désigne un enroulement de stator multiphases enroulé autour du noyau de stator 55, dans lequel un stator est composé du noyau de stator 55 et de l'enroulement de stator 56. Les numéros de référence 57 et 58 désignent une paire de paliers devant supporter le rotor, 59 désigne un support devant supporter le stator, 60 désigne des bagues de glissement, autrement appelées collecteurs, prévues pour fournir du courant électrique à l'enroulement de champ 54,61 désigne une paire de balais qui glissent sur les collecteurs 60,62 désigne des ressorts devant pousser les balais 61 vers les collecteurs 60, et 63 désigne un support de balai devant les maintenir. Egalement le numéro de référence 68 désigne une roue solaire dans un mécanisme à engrenage planétaire construit sur l'arbre de rotor 52,69 désigne une roue satellite engrenée avec la roue solaire 68,74 désigne un axe de satellite, 73 désigne une culasse ayant une section en forme de U, 67 désigne une couronne à denture intérieure faisant partie du mécanisme à engrenage planétaire construit dans la culasse 73,64 désigne une bobine de champ appartenant à l'embrayage électromagnétique, agencée pour être bobinée dans la culasse 73,66 désigne un disque d'embrayage appartenant à une partie menante d'embrayage électromagnétique faisant partie d'un corps principal d'embrayage électromagnétique et 65 désigne une partie menée d'embrayage électromagnétique plaquée contre le disque d'embrayage 66 par l'alimentation de la bobine de champ 64. Le numéro de référence 72 désigne un élément mené d'embrayage unidirectionnel, construit sur l'arbre de rotor 52 pour être en mesure de transmettre une force de rotation unidirectionnelle, 71 désigne une partie menante d'embrayage unidirectionnelle, et 70 désigne un porte-satellite pour le mécanisme à engrenage planétaire intégré avec la poulie 51. Le fonctionnement va être décrit ci dessous. Si un courant de champ est fourni via les balais 61 et les collecteurs 60 à l'enroulement de champ 54, un flux magnétique est généré autour du noyau de rotor 53. Lorsque le moteur électrique est actionné, une force de rotation est produite dans le rotor par fourniture d'un courant alternatif multiphasé à l'enroulement de stator multiphasé 56, dans cet état. Au même moment, la partie menée d'embrayage électromagnétique 65 est plaquée sur le disque d'embrayage 66 de la partie menante d'embrayage électromagnétique 66, par alimentation de la bobine de champ 64 de l'embrayage électromagnétique, faisant que la couronne à denture intérieure 67 installée dans le mécanisme à engrenage planétaire est fixé. De manière correspondante, la force de rotation produite dans le rotor est transmise du rotor via la roue solaire 68, le satellite 69, le porte-satellite 70, la poulie 51 et une courroie passée en boucle autour de la poulie 51 pour transmettre à une charge, telle qu'un moteur thermique. De cette manière, si l'on prévoit en interne un mécanisme de réduction de vitesse, une force de rotation, proportionnelle au rapport de réduction, peut être produite dans la poulie 51, qui est une section de fourniture de puissance, ceci par la rotation à haute vitesse du moteur électrique. Dans ce cas, la partie menante d'embrayage unidirectionnel 71 effectue un mouvement de rotation folle avec la partie menée d'embrayage unidirectionnel 72. Lorsque de la puissance électrique est fournie à une charge électrique pendant le fonctionnement du moteur électrique, un courant d'excitation est fourni via les balais 61 et les collecteurs 60 à l'enroulement de champ 54, faisant qu'une force de rotation est transmise via la poulie 51 au rotor dans un état dans lequel le flux magnétique est généré autour du noyau de rotor 53. Après avoir achevé le fonctionnement du moteur électrique, la couronne à denture intérieure 67 et la culasse 63 sont libérées par coupure de l'alimentation de la bobine de champ 64 de l'embrayage électromagnétique et sont entraînées en rotation à la même vitesse de rotation que la poulie 51, tandis que le rotor est en rotation, de sorte qu'une puissance électrique est générée dans l'enroulement de stator multiphases 56. Dans ce cas, la partie menante d'embrayage unidirectionnel 71 et la partie menée 72 sont reliées. Cependant, la machine électrique tournante selon l'art concerné pose certains problèmes, tel qu'indiqué ci-dessous. Lorsque le moteur électrique fonctionne pour démarrer le moteur thermique, dans la machine électrique tournante selon l'art concerné, l'embrayage électromagnétique est fermé (relié) par alimentation de la bobine de champ 64 de l'embrayage électromagnétique avant de faire tourner l'arbre de rotor 52. C'est-àdire que l'arbre de rotor 52 doit être démarré depuis un état auquel l'embrayage électromagnétique est fermé et est soumis à une charge élevée lorsque le moteur 1 thermique est lancé, posant un problème qui est celui de l'augmentation du courant de démarrage. Egalement, dans la machine électrique tournante selon l'art concerné, on ne prend pas en considération le moment du démarrage à froid. Par exemple, lorsqu'un moteur thermique est démarré précocement le matin dans une région froide, l'huile du moteur thermique est à forte viscosité ou bien ne circule pas suffisamment sur chaque partie du moteur, faisant qu'un couple (le couple de démarrage à froid), nécessaire pour lancer le moteur thermique, est supérieur à celui que l'on a lorsque l'on procède au démarrage lorsque le moteur est chaud. Le couple de démarrage de la machine électrique tournante est essentiellement déterminé par une expression, courant de démarrage x, valeur de flux magnétique, (constitution physique de la machine électrique tournante). Par conséquent, pour couvrir le cas du couple de démarrage à froid, le courant de démarrage est rendu supérieur, ou bien la constitution physique de la machine électrique tournante est rendue plus forte. La valeur du courant de démarrage est déterminée par la capacité en courant d'un élément de commutation prévu pour un inverseur. Cependant, étant donné que l'élément de commutation de grande capacité s'avère défavorable sous l'angle du coût, typiquement la machine électrique tournante de grande constitution physique a été utilisée, ou bien un moteur de démarreur de la structure de l'art concerné, prévu pour le démarrage à froid, a été prévu à titre supplémentaire. De manière correspondante s'est posé le problème de l'augmentation de la taille de la machine électrique tournante. RESUME DE L'INVENTION L'invention a été faite dans le but de résoudre les problèmes mentionnés ci-dessous, et un but de l'invention est de fournir une machine électrique tournante qui a un temps de démarrage courant du moteur thermique et dont le courant de démarrage est faible. Egalement, un autre but de l'invention est de fournir une machine électrique tournante dans laquelle le démarreur, prévu pour le démarrage à froid, est supprimé et la constitution physique de l'ensemble étant petite. Selon la présente invention, il est fourni une machine électrique tournante, en mesure de démarrer un moteur thermique en fonctionnant en moteur électrique, et de fournir de la puissance électrique à un véhicule par un fonctionnement en générateur. La machine électrique tournante comprend une poulie, un arbre de rotor, un rotor, une roue dentée solaire, une roue dentée satellite, une partie menée d'embrayage électromagnétique, un embrayage électromagnétique, un embrayage unidirectionnel et une section de contrôle. La poulie prévue à une partie d'extrémité peut transmettre de la puissance motrice vers et depuis le moteur thermique. L'arbre de rotor est fixé sur la poulie également. Le rotor est fixé sur l'arbre de rotor. La roue dentée solaire est fixée à une partie d'extrémité de l'arbre de rotor. La roue dentée planétaire ou satellite s'engrène avec la roue solaire. L'embrayage électromagnétique comprend un élément menant d'embrayage électromagnétique ayant une couronne à denture intérieure, engrenée avec le satellite et en mesure d'entrer en contact avec, ou de s'écarter de l'élément mené d'embrayage électromagnétique qui lui est opposé. L'embrayage unidirectionnel transmet une force de rotation de la poulie à l'arbre de rotor. L'embrayage unidirectionnel est fixé sur l'arbre de rotor. La section de commande commande le fonctionnement du moteur de la façon suivante. Le rotor est entraîné en rotation. Ensuite, l'embrayage électromagnétique est actionné pour relier l'élément menant d'embrayage électromagnétique à l'élément mené d'embrayage électromagnétique, engrenant de cette manière la couronne à denture intérieure, réalisée d'une seule pièce avec la partie menée d'embrayage électromagnétique, au satellite. La force de rotation du rotor est transmise via l'arbre de rotor, la roue dentée solaire, le satellite et la poulie, au moteur thermique. Avec une telle configuration, on obtient l'effet selon laquelle la machine électrique tournante, ayant un temps de démarrage court du moteur thermique et un petit courant de démarrage, peut être obtenue. BREF DESCRIPTION DES DESSINS la Fig. 1 est une vue en coupe représentant une machine électrique tournante selon un mode de réalisation de cette invention. la Fig. 2 est un ordinogramme représentant le processus de commande d'une section de commande de la machine électrique tournante, selon le mode de réalisation de l'invention. la Fig. 3 est un graphique représentant la relation entre le courant de démarrage et la vitesse de rotation du moteur thermique en fonction du temps dans la machine électrique tournante selon ce mode de réalisation de l'invention, et la machine électrique tournante selon l'art concerné. La Fig. 4 est une vue en coupe représentant une machine électrique tournante selon l'art concerné. DESCRIPTION DETAILLEE DES MODES DE REALISATION PREFERS La Fig. 1 est une vue en coupe représentant une machine électrique tournante selon un mode de réalisation de cette invention. La Fig. 2 est un ordinogramme représentant le flux du processus de commande d'une section de contrôle dans la machine électrique tournante, selon le mode de réalisation de l'invention. Dans ce mode de réalisation, à titre d'exemple, une machine électrique tournant ayant une structure de machine synchrone à rotor bobiné va être décrite ci-dessous, mais la machine électrique tournante peut avoir une structure de machine synchrone de type à aimant permanent, de machine synchrone de type à réluctance, de machine à induction à cage d'écureuil, ou bien de machine à induction à rotor bobiné. Sur la Fig. 1, le numéro de référence 1 désigne une poulie installée à une partie d'extrémité pour être en mesure de transmettre de la puissance vers et depuis un moteur thermique, 2 désigne un arbre de rotor auquel la poulie 1 est fixée via un embrayage unidirectionnel, 3 désigne un noyau de rotor fixé sur l'arbre de rotor 2, et 4 désigne un enroulement de champ bobiné à l'intérieur du noyau de rotor 3, dans lequel un rotor est composé de l'arbre de rotor 2, du noyau de rotor 3 et de l'enroulement de champ 4. Le numéro de référence 5 désigne un noyau de stator disposé à l'opposé du rotor, et 6 désigne un enroulement de stator multiphasé, enroulé autour du noyau de stator 5, dans lequel un stator est composé du noyau de stator 5 et de l'enroulement de stator 6. Les numéros de référence 7 et 8 désignent une paire de paliers devant supporter le rotor, 9 désigne un support pour supporter le stator, 10 désigne des collecteurs pour fournir du courant électrique à l'enroulement de champ 4,11 désigne une paire de balais qui glissent sur les collecteurs 10, 12 désigne des ressorts devant pousser les balais 11 vers les collecteurs 10, et 13 désigne un support de balais pour les maintenir. Egalement, le numéro de référence 14 désigne une roue solaire dans un mécanisme à engrenage planétaire, monté sur l'arbre de rotor 2,15 désigne un satellite engrené avec la roue solaire 14,16 désigne un axe de satellite, 17 désigne un palier pour supporter le satellite 15,18 désigne une culasse à forme en U, observée en coupe, 19 désigne une couronne à denture intérieure faisant partie du mécanisme à engrenage planétaire monté dans la culasse 18,20 désigne un corps principal d'embrayage électromagnétique, 21 désigne une bobine de champ de l'embrayage électromagnétique agencé pour être bobiné dans la culasse 12,22 désigne un disque d'embrayage d'un élément menant d'embrayage électromagnétique constituant une partie du corps principal d'embrayage électromagnétique, 23 désigne un élément mené d'embrayage électromagnétique, plaqué sur le disque d'embrayage 23 par l'actionnement de la bobine de champ 21,24 désigne un ressort de rappel de l'élément mené d'embrayage électromagnétique 23, et 25 désigne une vis pour la fixation de l'embrayage électromagnétique. Le numéro de référence 26 désigne une vis pour fixer le ressort 24,27 désigne un palier pour supporter la culasse 18,28 et 29 désignent un organe d'espacement, 30 désigne un support, 31 un déflecteur d'huile pour empêcher que l'huile ne fuit, 32 désigne un élément mené d'embrayage unidirectionnel, monté sur l'arbre de rotor 12 pour être en mesure de transmettre une force de rotation unidirectionnelle, 33 désigne un élément menant d'embrayage unidirectionnel, 34 désigne une partie de came d'embrayage unidirectionnel, 35 désigne un écrou de fixation d'embrayage unidirectionnel, 36 désigne un palier devant supporter la partie de came d'embrayage unidirectionnel, 37 désigne un support du mécanisme d'engrenage planétaire, mis en prise avec des moyens de transmission de puissance motrice, telle que la poulie 1, pour transmettre une puissance motrice vers et depuis le moteur thermique, 38 désigne des moyens d'ancrage pour ancrer la poulie 1 avec le support 37, et 40 désigne des moyens de fixation pour fixer les parties. Le fonctionnement va être décrit ci-dessous. A l'étape SI, si la vitesse du véhicule est de zéro, ce véhicule est immobilisé. Ensuite, à l'étape S2, un courant de champ est fourni, via les balais 11 et les collecteurs 10, à l'enroulement de champ 4 (le moteur est alimenté), de sorte qu'un flux magnétique est généré dans le noyau de rotor 3. En outre, à l'étape S3, un courant alternatif multiphasé est fourni à l'enroulement de stator multiphasé 6, faisant qu'une force de rotation est produite dans le rotor pour faire tourner le moteur. A ce moment, l'embrayage électromagnétique est à l'état non connecté. Après avoir mis le rotor en rotation, à l'étape S4, on détermine si un signal de démarrage de moteur thermique a oui ou non été introduit dans une section de commande. Ici, le signal de démarrage de moteur thermique est considéré comme étant un signal d'actionnement de la pédale d'accélérateur dans le véhicule AT ou un signal de déconnexion de l'embrayage dans le véhicule MT, si le moteur thermique est un moteur à combustion interne pour le véhicule. Si le signal de démarrage de moteur thermique est entré dans la section de commande, la bobine de champ 21 de l'embrayage électromagnétique est actionné à l'étape 85, de sorte que la partie menée d'embrayage électromagnétique 23 est plaquée sur le disque en embrayage 22 de la partie menante d'embrayage électromagnétique. De cette manière, la couronne à denture intérieure 19 du mécanisme à engrenage planétaire est fixée et l'embrayage électromagnétique est relié (étape S6). De manière correspondante, une force de rotation produite dans le rotor est transmise depuis le rotor via la roue solaire 14, le satellite 15, le portesatellite 37, la poulie 1 et la courroie passée en boucle autour de la poulie 1 vers la charge tel que le moteur thermique, de manière à démarrer ce moteur thermique (étape S7). La Fig. 3 est un graphique représentant la relation entre le courant de démarrage et la vitesse de rotation du moteur thermique par rapport au temps dans la machine électrique tournante, selon ce mode de réalisation de l'invention, et la machine électrique tournante selon l'art concerné. Sur la Fig. 3, la ligne en pointillés indique la machine électrique tournante, selon l'art concerné, et la ligne en trait plein indique la machine électrique tournante selon le mode de réalisation de l'invention. At1 est le temps qu'il faut entre le démarrage du moteur thermique par la machine électrique tournante de l'invention jusqu'à ce que le moteur thermique passe la première course de compression. At2 est le temps qu'il faut entre le démarrage du moteur thermique par la machine électrique tournante selon l'art concerné jusqu'à ce que le moteur franchisse la première course de compression. Dans le moteur thermique qui est actionné en un cycle d'aspiration, compression, explosion et échappement, la première course de compression est faite par le piston à l'intérieur du cylindre en un état dans lequel il n'y a pas de force d'inertie, demandant de cette manière une force significative. Mais il s'est avéré que le temps sst1 qu'il faut entre le démarrage du moteur thermique sous l'action de la machine électrique tournante de l'invention, jusqu'à ce qu'on franchisse la première course de compression, est plus court que le temps Ats entre le démarrage du moteur thermique par la machine électrique tournante, selon l'art concerné, jusqu'à ce qu'on franchisse la première course de compression tel que représenté sur la Fig. 3, de manière que le moteur thermique puisse être amené à la haute vitesse de moteur thermique en un temps court. Dans le cas dans lequel la machine électrique tournante selon l'art concerné et la machine électrique tournante selon l'invention ont le même couple au démarrage, la machine électrique tournante selon l'invention peut avoir un courant de démarrage plus faible. Tel que décrit ci-dessus, bien que dans l'exemple selon l'art concerné, l'embrayage électromagnétique soit relié avant la rotation de l'arbre de rotor 2, lors du fonctionnement du moteur électrique pour démarrer le moteur thermique dans le mode de réalisation de l'invention, l'embrayage électromagnétique est relié après la rotation de l'arbre de rotor 2, faisant que la force d'inertie de rotation de l'arbre de rotor 2 peut être directement appliqué pour démarrer le moteur thermique, de sorte que le temps de démarrage du moteur thermique est raccourci et que le courant au démarrage peut être réduit. La courroie est mise en contact avec la poulie 1 pour transmettre une force motrice entre la machine électrique tournante et le moteur thermique, faisant que le degré de liberté lors de l'incorporation de la machine électrique tournante dans le moteur thermique peut être augmenté. Egalement, dans l'invention, l'embrayage électromagnétique est fermé tandis que l'arbre de rotor 12 est mis en rotation, provoquant de cette manière un choc à ce moment, mais la courroie permet d'absorber ce choc. La machine électrique tournante selon cette invention est utilisée efficacement au moment du démarrage à froid du moteur thermique. Tel que décrit ci-dessus, au moment du démarrage à froid, un grand couple est nécessaire, mais avec la machine électrique tournante selon l'invention, un couple de démarrage significatif est obtenu, même au moment du démarrage à froid, sans qu'il faille augmenter la constitution physique de la machine électrique tournante, ni installer un démarreur séparé pour satisfaire au cas du démarrage à froid. REVENDICATIONS 1. Machine électrique tournante en mesure de démarrer un moteur thermique par un fonctionnement de moteur électrique, et de fournir de la puissance électrique à un véhicule par son fonctionnement en générateur, la machine électrique tournante comprenant : une poulie (1) montée à une partie d'extrémité pour transmettre de la puissance motrice vers et depuis le moteur thermique ; un arbre de rotor (2) sur lequel la poulie (1) est fixée ; un rotor fixé à l'arbre de rotor (2) ; une roue dentée solaire (14) fixée sur une partie d'extrémité de l'arbre de rotor (2) ; une roue dentée satellite (15) engrenée avec la roue solaire (14) ; une partie menée d'embrayage électromagnétique (23) ; un embrayage électromagnétique comprenant une partie menante d'embrayage électromagnétique comprenant une couronne à denture intérieure engrenée avec la roue dentée satellite (15) et en mesure d'entrer en prise avec ou de s'écarter de la partie menée d'embrayage électromagnétique (23) qui lui est opposée ; un embrayage unidirectionnel, pour transmettre une force de rotation depuis la poulie (1) à l'arbre de rotor (2), l'embrayage unidirectionnel étant fixé à l'arbre de rotor (2) ; et une section de commande, pour commander le fonctionnement du moteur de manière que le rotor soit mis en rotation, puis que l'embrayage électromagnétique soit actionné pour réunir la partie menante de l'embrayage électromagnétique à la partie menée de l'embrayage électromagnétique de manière à faire s'engrener la couronne à denture intérieure, réalisée d'une seule pièce avec la partie menée d'embrayage électromagnétique (23), avec la roue dentée satellite (15), de sorte que la force de rotation du rotor soit transmise via l'arbre de rotor (2), la roue solaire (14), la roue satellite (15) et la poulie (1), au moteur thermique. 2. Machine électrique tournante selon la revendication 1, dans laquelle la poulie (1) est mise en prise avec le moteur thermique, via une courroie. 3. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans laquelle la machine électrique tournante est utilisée au moment du démarrage à froid du moteur thermique.