Brevet FR2861226A1 — publié le 20050422

MACHINE ELECTRIQUE La présente invention est relative aux machines électriques. Plus particulièrement, l'invention concerne une machine électrique comportant un rotor, tournant autour d'un axe de rotation, et un stator radialement disposé à l'intérieur ou à l'extérieur du rotor et coaxial à ce rotor, - l'un parmi le rotor et le stator comportant une pluralité de pôles magnétiques générés par au moins un aimant permanent réparti autour de l'axe de rotation, et - l'autre comportant des encoches et au moins deux enroulements alimentés par des phases différentes d'un courant électrique, ces enroulements étant répartis dans les encoches et les encoches étant circulairement réparties autour de l'axe de rotation avec une dent s'étendant radialement entre deux encoches successives. Le document US 5 973 431 décrit une telle machine électrique, dans laquelle le rotor est placé à l'intérieur du stator. Le rotor comporte une pluralité d'aimants permanents symétriquement répartis sur sa surface externe. Le stator comporte une pluralité de dents formant des pôles saillants en regard de la surface externe du rotor. Pour une machine électrique de ce type alimentée avec un courant triphasé, le nombre d'aimants permanents est égal à 4N et le nombre de dents du stator est égal à 6N (N étant un entier supérieur ou égal à 1). Dans cette machine électrique toujours, lorsque N est égal à 1 par exemple, les dents sont réparties en trois paires. Dans chaque paire, chaque dent est placée à 180 degrés mécaniques de l'autre. La présente invention a notamment pour but de fournir une machine électrique tournante améliorée qui présente à la fois un couple massique et un facteur de puissance élevés. A cet effet, on prévoit selon l'invention, une machine électrique qui, outre les caractéristiques déjà mentionnées, est caractérisée par le fait que les encoches sont réparties en au moins deux secteurs électriques spatialement distincts. Grâce à ces dispositions, on obtient une machine électrique ayant un bobinage de stator simple, et qui est donc facile à construire. En outre, les machines conformes à la présente invention peuvent être conçues avec un grand nombre de pôles, ce qui favorise un couple massique élevé. Plus précisément, les secteurs sont spatialement distincts, par exemple, si: - la machine électrique comporte au moins un bloc comprenant lui-même un élément de rotor et un élément de stator, ce bloc comprenant au moins deux secteurs électriques coaxiaux et/ou si - la machine électrique comporte au moins deux blocs coaxiaux, voisins et séparés le long de l'axe de rotation comprenant chacun un élément de rotor et un élément de stator, chaque bloc comprenant au moins un secteur électrique. Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes: - la machine électrique comporte trois blocs répartis axialement le long de l'axe de rotation, chaque bloc comprenant lui-même un secteur électrique unique alimenté par une phase distincte d'un courant triphasé ; - la machine électrique comporte un bloc unique comprenant lui-même trois secteurs électriques répartis circulairement et symétriquement autour de l'axe de rotation, chaque secteur électrique étant alimenté par une phase distincte d'un courant triphasé ; - la machine électrique est munie d'un collecteur; la machine électrique comporte des entrefers axiaux. D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description de plusieurs de 5 ses modes de réalisation. L'invention sera également mieux comprise à l'aide des dessins, sur lesquels: - la figure 1 représente schématiquement en coupe axiale la disposition respective du rotor et du stator d'une machine électrique selon un premier exemple de mode de réalisation de l'invention; - la figure 2 représente schématiquement une coupe transversale de la machine électrique illustrée par la figure 1, au niveau de la ligne II-II; - la figure 3 représente, de manière analogue à la figure 2 mais de manière agrandie, un pôle du stator en regard d'un aimant permanent du rotor de la machine électrique des figures 1 et 2; - la figure 4 représente, de manière analogue aux figures 2 et 3, une variante du premier exemple de mode de réalisation de la machine électrique selon l'invention; - la figure 5 représente, de manière analogue aux figures 2 à 4, mais de manière agrandie, une portion du rotor et du stator représentés sur la figure 4; - la figure 6 représente, de manière analogue aux figures 2 à 5, un deuxième exemple de mode de réalisation d'une machine électrique conforme à la présente invention; et - la figure 7 représente, de manière analogue à la figure 1, un troisième exemple de mode de réalisation d'une machine électrique conforme à la présente invention. Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. Un premier exemple de mode de réalisation d'une machine électrique selon l'invention est décrit ci-dessous en relation avec les figures 1 à 5. Un deuxième exemple de mode de réalisation de la machine électrique selon l'invention est décrit ci-dessous en relation avec la figure 6. Un troisième exemple de mode de réalisation d'une machine électrique selon l'invention est décrit ci-dessous en relation avec la figure 7. Selon le premier exemple de mode de réalisation de la machine électrique selon l'invention, il s'agit d'une machine synchrone à aimant permanent, polyphasée. Ce type de machine électrique possède une géométrie inspirée de celle habituellement utilisée pour les moteurs à flux transverse. Pour l'exemple ici décrit, la machine électrique est triphasée. Elle comporte trois blocs 2. Chaque bloc 2 comporte lui-même un élément de rotor 4 et un élément de stator 6. Les trois éléments de rotor 4 ont un axe de rotation commun X. Ces trois blocs 2 sont voisins sur l'axe X de rotation. Ils sont agencés sur un rotor 8 unique. Les trois éléments de stator 6 sont agencés sur un stator 10 unique. Un entrefer 11 radial est ménagé entre le rotor 8 et le stator 10. Chaque bloc 2 est monophasé. Les trois blocs 2 sont décalés angulairement les uns par rapport aux autres de manière appropriée, par exemple 25 d'un tiers de pas polaire soit 120 électriques. Comme représenté sur la figure 2, chaque élément de rotor 4 comporte une culasse ferromagnétique 12 et des aimants permanents 14. Les aimants permanents 14 peuvent être collés à la surface cylindrique externe de chaque élément de rotor 4. Selon d'autres variantes, ces éléments 14 sont insérés ou enterrés dans la culasse 12, comme dans de nombreux moteurs triphasés et notamment comme décrit dans le document US 6 541 887. Pour l'exemple décrit ici, chaque élément de rotor 4 comporte 28 aimants 14. Chaque élément de stator 6 comporte un circuit magnétique 16 dans lequel sont ménagées des encoches 18. Le circuit magnétique 16 est, par exemple, constitué de tôles feuilletées de type Fe-Si empilées selon l'axe X de rotation. Le circuit magnétique 16 peut aussi être, selon des variantes, réalisé dans des matériaux magnétiques composites. Le choix du mode de réalisation du circuit magnétique 16 dépend de l'application souhaitée. Lorsque le circuit magnétique 16 est réalisé par un empilement de tôles, les encoches 18 peuvent être ouvertes vers l'intérieur, comme illustré par les figures 2 et 3, ou fermées en regard du rotor 8, comme dans le cas des moteurs à hystérésis, illustré par les figures 4 et 5. Entre deux encoches 18 successives, s'étend radialement une dent 20. Pour l'exemple décrit ici, chaque élément de stator 6 comporte 28 dents 20. Le nombre de dents 20 est donc égal au nombre d'aimants 14. Cette disposition permet d'obtenir une machine électrique avec un grand nombre de paires de pôles, ce qui favorise un couple massique élevé. On peut ainsi obtenir un couple massique de 5Nm/kg et un facteur de puissance de 0,8. Des enroulements de phase 22 (voir figure 1) sont enroulés autour des dents 20. Dans ce premier exemple de mode de réalisation, chaque bloc 2 correspond à un enroulement de phase 22 indépendant. Chaque bloc 2 correspond donc à un secteur électrique indépendant. Chaque enroulement de phase 22 est décalé de 120 degrés électriques. Le flux magnétique créé par les aimants 14 est bien canalisé par les dents 20 et les enroulements de phase 22 interagissent bien avec le flux magnétique créé par les aimants 14. Il y a peu de fuite des flux magnétiques. La réactance de la machine électrique selon l'invention en est d'autant plus réduite. Selon le deuxième exemple de mode de réalisation de la machine électrique selon l'invention décrit ici, illustré par la figure 6, cette machine électrique comporte un bloc 2 unique. Ce bloc 2 comporte trois éléments de rotor 4 et trois éléments de stator 6. Le rotor 8 est essentiellement réalisé de la manière indiquée cidessus pour le premier exemple de mode de réalisation, à la différence que, sur l'exemple illustré par la figure 6, le rotor 8 comporte 26 aimants 14 permanents. Le stator 10 comporte vingt-quatre encoches 18. Parmi celles-ci, trois encoches 18a, 18b, 18c sont plus grandes que les autres. Les encoches 18a, 18b, 18c accueillent deux bobinages appartenant chacun à un enroulement de phase 22 différent. Les encoches 18a et 18b délimitent un premier secteur 24 correspondant à un premier enroulement de phase 22. Les encoches 18b et 18c délimitent un deuxième secteur 24 correspondant à un deuxième enroulement de phase 22 indépendant du premier. Les encoches 18b et 18c délimitent géométriquement un troisième secteur 24 correspondant à un troisième enroulement de phase 22 indépendant des deux premiers. Ce bloc 2 comprend donc lui-même trois secteurs 24 électriques. Ces secteurs 24 sont répartis circulairement et symétriquement autour de l'axe X de rotation. Chaque secteur 24 est alimenté par une phase distincte d'un courant triphasé. Le décalage entre chacune de ces phases est par exemple de 120 degrés électriques. Ce mode de réalisation de la machine électrique selon l'invention permet d'avoir, pour cette machine, un encombrement axial particulièrement faible, par rapport aux dimensions radiales. Selon un troisième exemple de mode de réalisation de la machine électrique selon l'invention, celle-ci comporte des entrefers 26 axiaux. Cette disposition est illustrée par la figure 7. Selon ce mode de réalisation, la machine électrique comporte trois blocs 27 chacun alimenté par une phase différente d'un courant électrique triphasé. Chaque bloc 27 correspond à une phase électrique décalée électriquement, par exemple de 120 degrés. Chaque bloc 27 comporte un élément de rotor 28, encadré par deux éléments de stator 30, 31. Des aimants 14 sont disposés en périphérie de chaque élément de rotor 28 de part et d'autre de l'élément de rotor 28, dans la direction axiale X. Sur chaque élément de stator 30, 31, est bobiné un enroulement de phase 33. Les spires de ce bobinage s'étendent essentiellement dans un plan perpendiculaire à l'axe X de rotation. Les enroulements de phase 33 de deux éléments de stator 30, 31 adjacents à un élément de rotor 28, sont alimentés par la même phase électrique. Les autres éléments de ce mode de réalisation sont essentiellement semblables à ceux déjà décrits. De nombreuses variantes peuvent être prévues aux modes de réalisation de la machine électrique selon l'invention décrits ci-dessus. Par exemple, le rotor 8 pourrait être extérieur au stator 10. La machine électrique pourrait aussi comporter un collecteur. Ainsi, on pourrait réaliser une machine électrique à courant continu de faible coût. Les aimants 14 pourraient être remplacés par un cylindre de Halbach. De même, la machine électrique pourrait être alimenté avec deux phases ou plus de trois phases. Il suffit alors de prévoir un nombre de secteurs égal au nombre de phases. REVENDICATIONS 1. Machine électrique comportant un rotor (8), tournant autour d'un axe (X) de rotation, et un stator (10) radialement disposé à l'intérieur ou à l'extérieur du rotor (8) et coaxial à ce rotor (8), - l'un parmi le rotor (8) et le stator (10) comportant une pluralité de pôles magnétiques générés par au moins un aimant (14) permanent réparti autour de l'axe de 10 rotation, et - l'autre comportant des encoches (18) et au moins deux enroulements (22) alimentés par des phases différentes d'un courant électrique, ces enroulements (22) étant répartis dans les encoches (18) et les encoches (18) étant circulairement réparties autour de l'axe (X) de rotation avec une dent (20) s'étendant radialement entre deux encoches (18) successives, caractérisé par le fait que les encoches (18) sont réparties en au moins deux secteurs électriques (2,24) spatialement 20 distincts. 2. Machine électrique selon la revendication 1, comportant au moins un bloc (2) comprenant lui-même un élément de rotor (4) et un élément de stator (6), ce bloc (2) comprenant au moins deux secteurs électriques (24) coaxiaux. 3. Machine électrique selon l'une des revendications précédentes, comportant au moins deux blocs (2) coaxiaux, voisins et séparés le long de l'axe (X) de rotation comprenant chacun un élément de rotor (4) et un élément de stator (6), chaque bloc (2) comprenant au moins un secteur électrique. 4. Machine électrique selon la revendication 2, comportant un bloc (2) unique comprenant lui-même trois secteurs électriques (24) répartis circulairement et symétriquement autour de l'axe (X) de rotation, chaque secteur électrique (24) étant alimenté par une phase distincte d'un courant triphasé. 5. Machine électrique selon la revendication 3, comportant trois blocs (2) répartis axialement le long de l'axe (X) de rotation, chaque bloc (2) comprenant lui-même un secteur électrique unique alimenté par une phase distincte d'un courant triphasé. 6. Machine électrique selon l'une des revendications 10 précédentes, munie d'un collecteur. 7. Machine électrique selon l'une des revendications précédentes, comportant des entrefers (26) axiaux.