Brevet FR2893772A1 — publié le 20070525

La présente invention concerne un agencement des pôles de rotor d'une machine électrique par rapport aux pôles du stator de cette machine électrique, ainsi qu'une machine électrique avec un tel agencement de pôles. Pour obtenir une construction plus compacte de l'ensemble formé par un moteur à combustion interne et des organes auxiliaires et aussi pour obtenir une transmission plus directe entre le moteur à combustion interne et certains de ces organes auxiliaires, certains moteurs à combustion interne comprennent, montée sur le vilebrequin, une machine électrique servant comme démarreur et souvent aussi comme générateur. Selon une autre conception, la machine électrique est même disposée à l'intérieur du carter du vilebrequin, exploitant le vilebrequin comme rotor. Les machines électriques utilisées pour de telles applications sont des machines dites à réluctances. Ces machines présentent l'avantage de ne pas générer de champs magnétiques lorsqu'elles ne sont pas utilisées et ne nécessitent pas d'amener du courant sur le rotor. Cependant, les machines à réluctance présentent l'inconvénient de fournir un couple instantané non constant qui est fonction de la position relative entre un pôle du rotor de la machine et le pôle de stator le plus proche. Lorsque les pôles du stator sont en regard des pôles du rotor, le couple est nul, ce qui rend impossible de démarrer le moteur à combustion interne. Le but de l'invention est de pallier cet inconvénient. Le but de l'invention est atteint avec un agencement des pôles de rotor d'une machine électrique par rapport à des pôles de stator, selon lequel agencement un premier pôle du rotor de la machine électrique est disposé par rapport au pôle de stator le plus proche de la même machine électrique à une première position angulaire, et un deuxième pôle du rotor de la même machine électrique ou du rotor d'une autre machine électrique montée avec la première machine électrique en position angulaire fixe sur un même arbre tournant, est disposé par rapport au pôle le plus proche du stator de la machine électrique correspondante à une deuxième position angulaire, différente de la première position angulaire. La présente invention s'applique aussi bien à des machines électriques uniques, c'est-à-dire à des machines électriques ayant un seul rotor et un seul stator, qu'à des ensembles de machines électriques, c'est-à-dire à un ensemble de deux ou plusieurs rotors montés sur un axe unique et disposés à l'intérieur de deux ou plusieurs stators. Cette seconde disposition est considérée ici comme un ensemble de deux ou plusieurs machines électriques. Le mérite de la présente invention consiste à avoir trouvé un agencement des pôles de rotor par rapport à des pôles de stator, qui est choisi de façon à éviter que dans une quelconque position angulaire de l'axe de la machine électrique ou de l'une des machines électriques réunies, l'ensemble des pôles de rotor de cette machine électrique sont en regard des pôles de stator correspondants. La solution consiste donc en un agencement des pôles de rotor qui est déterminé de manière telle qu'il y a un décalage angulaire entre deux pôles de rotor considérés, ces deux pôles pouvant être deux pôles de rotor de la même machine électrique ou un premier pôle de rotor d'une première machine d'un ensemble des machines électriques montées sur un même axe et un deuxième pôle d'une deuxième machine électrique de cet ensemble de machine. La présente invention concerne également les caractéristiques ci-après considérées isolément ou selon toutes combinaisons techniques possibles : - lorsque l'invention s'applique à une machine électrique unique, le nombre de pôles du rotor diffère du nombre de pôles du stator de la machine électrique ; - le nombre de pôles du rotor est inférieur au nombre de pôles du stator de la machine électrique ; - lorsque l'invention s'applique à un ensemble d'au moins deux machines électriques montées ensemble en des positions angulaires fixes sur un même arbre tournant, les pôles du rotor de l'une des machines électriques sont angulairement décalés par rapport aux pôles du rotor d'au moins une autre des machines électriques ; - le décalage angulaire entre les pôles des rotors de deux des machines électriques de l'ensemble est une part inversement proportionnelle au nombre de machines électriques de l'ensemble, de la distance angulaire entre deux pôles d'un même rotor ; - lorsque l'invention s'applique à un ensemble d'au moins trois machines électriques, le nombre de pôles du rotor de l'une des machines électriques diffère du nombre de pôles du stator de la même machine électrique et les pôles du rotor d'une deuxième des machines électriques sont angulairement décalés par rapport aux pôles du rotor d'une troisième des machines électriques. Le but de l'invention est également atteint avec une machine électrique ou avec un ensemble de machines électriques, ayant un agencement de pôles tel que décrit plus haut. Il convient de préciser ici que, dans la pratique, dans des ensembles de machines électriques, le décalage angulaire entre des pôles sera mis en oeuvre par une disposition angulaire décalée des rotors montés sur un même axe. Cette disposition pratique est liée au fait que l'on utilise généralement, notamment pour des raisons de standardisation, des stators identiques, ayant notamment le même nombre de pôles. Toutefois, sans sortir du principe de la présente invention, il est également concevable de disposer les stators angulairement décalés les uns par rapport aux autres et de pouvoir ainsi monter les rotors sans décalage angulaire entre eux. Selon une variante de réalisation qui sera peut être moins appliquée, il est également concevable de monter aussi bien les stators que les rotors d'un ensemble de machines électriques angulairement décalés entre eux. Le but de l'invention est par ailleurs également atteint avec un moteur thermique comportant au moins une machine électrique avec un nombre correspondant de rotors et de stators, la ou chacune des machines électriques ayant un agencement de pôles tel que décrit plus haut. Selon une application particulière de l'invention, la ou chacune de ces machines électriques est installée sur le vilebrequin du moteur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description ci-après de deux modes de réalisation représentés dans les dessins. Dans ces dessins . - la figure 1 montre la disposition des pôles de stator et des pôles de rotor dans le cas d'une machine 20 électrique unique et - la figure 2 montre la disposition des pôles de rotor et des pôles de stator dans le cas d'un ensemble de machines électriques. La figure 1 est une vue axiale, suivant l'axe d'un 25 vilebrequin V, sur un moteur à combustion interne montrant un bloc moteur B et un des pistons K reliés par une bielle L au vilebrequin V sur lequel est monté une machine électrique M. La machine électrique unique M comporte un stator S 30 et un rotor R. Le rotor R comporte, au titre de l'exemple dessiné, seize pôles de rotor dont deux sont référencés PRO1 et PRO2. Le stator S comporte vingt pôles de stator régulièrement répartis à la manière d'un stator à vingt quatre pôles, quatre pôles n'existant pas en raison de 35 l'emplacement nécessaire au cylindre à l'intérieur duquel meut le piston K. Parmi les pôles de stator, deux sont identifiés par les référencés PSO1 et PS02. Grâce au fait que le nombre de pôles du rotor diffère du nombre de pôles du stator de la machine électrique, il y a un décalage angulaire entre un pôle de rotor considéré et le pôle de stator le plus proche, pour la plupart des pôles de rotor et pôles de stator. Ce décalage angulaire est indiqué dans la figure 1 comme Al entre le pôle de rotor PRO1 et le pôle de stator PSO1. La valeur exacte du décalage angulaire dépend du nombre de pôles respectivement du rotor et du stator et aussi du rapport entre ces deux nombres. En effet, lorsque le nombre de pôles de stator est par exemple le double du nombre de pôles du rotor, deux pôles de rotor peuvent être en regard d'un pôle de stator correspondant, les autres pôles non. Lorsque par contre, le rapport entre le nombre de pôles de stator et le nombre de pôles de rotor est entre 1 et 2, (cette situation est représentée sur la figure 1) seul un pôle de rotor est en regard d'un pôle de stator. La différence angulaire A2 entre ces deux pôles est zéro. En conséquence, grâce à la différence entre le nombre de pôles du rotor et le nombre de pôles du stator de la machine électrique, il ne peut pas y avoir la situation, quelle que soit la position angulaire du vilebrequin en tant qu'axe de la machine électrique M, dans laquelle tous les pôles de rotor sont en regard d'un pôle de stator correspondant. Il n'y a donc pas d'absence totale de couple et la machine électrique M peut être mise en route. La figure 2 montre schématiquement la disposition des rotors de deux machines électriques Ml, M2 d'un ensemble de machines électriques pouvant comporter ces deux ou davantage de machines électriques. La première machine électrique Ml comporte un rotor Rl et un stator S1 et la deuxième machine électrique M2 comporte un rotor R2 et un stator S2. Les deux machines électriques Ml et M2 ont chacune un nombre égal de pôles de rotor et un nombre égal de pôles de stator et la disposition des pôles de rotor et des pôles de stator d'une même machine est telle que dans de nombreuses positions angulaires du vilebrequin en tant qu'axe commun des deux machines, tous les pôles du stator sont en regard d'un pôle correspondant du rotor. Les rotors Ri, R2 et les stators S1, S2 des deux machines sont montés de façon que les stators S1 et S2 ont la même position angulaire et que les rotors R1 et R2 sont montés avec un décalage angulaire entre deux pôles correspondants des rotors. En effet, les rotors R1 et R2 des deux machines électriques M1 et M2 sont montés dans une position angulaire relative de l'un par rapport à l'autre de telle manière que, selon la représentation de la figure 2, un pôle de rotor PR10 du rotor R1 est à la verticale au-dessus de l'axe V. Le pôle de rotor suivant dans le sens des aiguilles d'une montre, référencé PR11, est décalé par rapport au pôle PR10 d'un angle de décalage AP. Et le rotor R2 est monté de façon qu'un pôle PR20 est décalé, par rapport à la position verticale du pôle de référence PR10 du rotor R1, dans le sens contraire des aiguilles d'une montre et que, en conséquence, le pôle suivant PR21 est décalé par rapport à la position verticale de référence, d'un angle de décalage angulaire AP/2. En conséquence, l'angle de décalage AP étant la distance angulaire de deux pôles successifs d'un même rotor, le décalage angulaire AP/2 entre les pôles correspondants des deux rotors signifie que, lorsque l'un des deux rotors Ri ou R2 se trouve dans une position angulaire dans laquelle tous les pôles du stator S1 ou S2 sont en regard de pôles du rotor de la même machine M1 ou M2, l'autre rotor, R2 ou R1, se trouve dans une position dans laquelle les pôles du stator S2 ou S1 de la même machine M2 ou M1 ne sont justement (et même a mi chemin dans ce cas) pas en regard de pôles du rotor de la même machine M2 ou M1 et un couple peut être appliqué à l'axe de l'ensemble de machines formé par les deux machines Ml, M2 ou davantage de machines montées sur un même axe. Lorsque l'ensemble de machines comprend plus que deux machines, le décalage angulaire AP est divisé par la quantité N de machines pour déterminer un décalage angulaire AP/N entre les rotors de deux machines de l'ensemble de machines. Dans ce cas, les deux machines considérées entre lesquelles le décalage angulaire des rotors est AP/N, ne se suivent pas nécessairement sur l'axe commun. Bien que cela ne soit pas représenté dans les dessins, il est toutefois possible, sans sortir du principe de la présente invention, de combiner les deux modes de réalisation représenté respectivement sur la figure 1 et la figure 2. REVENDICATIONS 1. Agencement des pôles de rotor (PR01, PR02 ; PR11, PR12) d'une machine électrique (M, Ml) par rapport à des pôles de stator (PSO1, PS02 ; PS11, PS12), caractérisé en ce qu'un premier pôle (PRO1, PR11) du rotor (R, R1) de la machine électrique (M, Ml) est disposé par rapport au pôle de stator (PS01, PS11) le plus proche de la même machine électrique (M, Ml) à une première position angulaire (AP), et en ce qu'un deuxième pôle (PR02, PR21) du rotor (R) de la même machine électrique (M) ou du rotor (R2) d'une autre machine électrique (M2), montée avec la première machine électrique (Ml) en position angulaire fixe sur un même arbre tournant (V), est disposé par rapport au pôle (PS02) le plus proche du stator (S, S2) de la machine électrique correspondante (M, Ml) à une deuxième position angulaire (AP/2), différente de la première position angulaire (AP). 2. Agencement selon la revendication 1 appliqué à une machine électrique unique (M), caractérisé en ce que le nombre de pôles (PR) du rotor (R) diffère du nombre de pôles (PS) du stator (S) de la machine électrique (M). 3. Agencement selon la revendication 2, caractérisé en ce que le nombre de pôles (PR) du rotor (R) est inférieur au nombre de pôles (PS) du stator (S) de la machine électrique (M). 4. Agencement selon la revendication 1 appliqué à un ensemble d'au moins deux machines électriques (Ml, M2) montées ensemble en des positions angulaires fixes sur un même arbre tournant (V), caractérisé en ce que les pôles (PR01, PR02) du rotor (Ri) de l'une (Ml) des machines électriques sont angulairement décalés par rapport aux pôles (PR21) du rotor (R2) d'au moins une autre (M2) des machines électriques. 5. Agencement selon la revendication 4, caractérisé en ce que le décalage angulaire (AP/N) entre les pôles(PR11, PR21) des rotors (Ri, R2) de deux des machines électriques (Mi, M2) de l'ensemble est une part inversement proportionnelle au nombre (N) de machines électriques (Ml, M2) de l'ensemble, de la distance angulaire (AP) entre deux pôles d'un même rotor (Ri). 6. Agencement selon la revendication 4 appliqué à un ensemble d'au moins trois machines électriques (M, Ml, M2), caractérisé en ce que dans une des machines électriques (M) le nombre de pôles (PR) du rotor (R) diffère du nombre de pôles (PS) du stator (S) de la même machine électrique (M) et en ce que les pôles (PR10) du rotor (Ri) d'une deuxième (Ml) des machines électriques sont angulairement décalés par rapport aux pôles (PR20) du rotor (R2) d'une troisième (M2) des machines électriques. 7. Ensemble de machines électriques comportant au moins une machine électrique avec un nombre correspondant de rotors et de stators, avec un agencement de pôles selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. 8. Moteur thermique comportant au moins une machine électrique avec un nombre correspondant de rotors et de stators, la ou chacune des machines électriques ayant un agencement de pôles selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. 9. Moteur thermique selon la revendication 8, 25 caractérisé en ce que la ou chacune des machines électriques est installée sur le vilebrequin du moteur.