Brevet FR2904487A1 — publié le 20080201

DESCRIPTION Par le WO 20051 1 223 67 (KOEHLER), on connait des bobinages à pôles conséquents disposés au stator de machines dynamo-électriques tournantes à réluctance variable à entrefers cylindriques ou plans, avec une répartition angulaire ou axiale des phases. Sur la figure 20 de ce WO, la répartition à entrefers cylindriques des phases est axiale et sur la figure 22, elle est angulaire tandis que sur la figure 17 les entrefers sont plans avec une répartition axiale des phases. Une répartition axiale des phases occupe une grande longueur axiale, ce qui peut présenter un inconvénient pour une implantation d'un tel stator dans une roue. Mais d'autre part, avec une répartition angulaire des phases, avec par exemple six secteurs en triphasé, on a un grand nombre de pôles, ce qui limite la vitesse de rotation des roues. Le choix d'un grand nombre de phases permet de diminuer le taux d'ondulation. Le but de l'invention est de dévoiler un stator d'un moteur comportant par exemple un 15 rotor à aimants permanents, en évitant les défauts évoqués ci-dessus et en bénéficiant des avantages d'un bobinage sans composition vectorielle. Un autre but de l'invention est de prévoir l'implantation du moteur dans une roue d'un véhicule, en évitant les réducteurs et en facilitant l'accès pour les opérations de maintenance. Dans le cas où le véhicule n'a que peu de moteurs, en cas d'un incident mineur sur 20 une phase, il ne faut pas que le véhicule soit mis hors service par baisse de puissance totale. Pour les véhicules terrestres, on pourra bénéficier des avantages d'un plancher bas et d'une orientation des roues et pour les transports ferroviaires, on pourra tirer avantage de la présence d'un essieu. L'invention a donc pour but de réaliser simplement une machine dynamo-électrique 25 tournante à entrefer cylindrique ou plans d'axe Z, comportant au moins un circuit magnétique à phases angulairement réparties dans des secteurs angulaires ayant par circuit magnétique un nombre pair de pôles saillants à pas constant, ces pôles devant être polarisés alternativement par des bobinages monophasés de préférence globaux et à pôles conséquents, un stator polyphasé étant réalisé par assemblage axial ou angulaire de circuits 30 électriques monophasés sur au moins un circuit magnétique comportant des secteurs angulaires. Suivant l'invention, le nombre N s de secteurs angulaires du stator est égal au nombre Ni) de phases alimentant le stator et ce nombre de phases N el) est pair et égal ou supérieur à quatre. 35 De préférence, le nombre de pôles saillants d'un secteur angulaire est égal ou supérieur à quatre et est à pôles conséquents. Si le stator comporte deux circuits magnétiques, un premier circuit magnétique à phases angulairement réparties est accouplé axialement à un deuxième circuit magnétique semblable, avec un décalage angulaire correspondant à une fraction de période de 2904487 2 polarisation des pôles, de façon à réaliser un stator dans lequel on a un couplage angulaire de phases dans chacun des deux circuits magnétiques, ainsi qu'un couplage axial entre les deux circuits magnétiques. Si un stator à deux circuits magnétiques est alimenté par quatre phases, chaque circuit 5 magnétique peut n'avoir que deux secteurs alimenté chacun par une des quatre phases. Si les entrefers sont cylindriques, un stator polyphasé peut être disposé, au moyen de roulements, à l'intérieur d'un manchon qui est accouplé au flasque d'une roue d'un véhicule, cette roue étant portée par un axe. Des aimants permanents sont disposés sur la face magnétique intérieure du manchon 10 avec un pas égal à celui des pôles statoriques d'un secteur et avec des polarités alternées. Une liaison mécanique coulissante entre le corps du véhicule et la face extérieure du stator immobilise ce dernier dans une position angulaire constante. Cette liaison mécanique porte les conducteurs d'alimentation ainsi que des conduits pour assurer la réfrigération du stator. Si le stator est constitué par l'assemblage axial d'un deuxième stator au premier et si l'axe constitue un essieu portant une roue gauche et une roue droite, l'assemblage du stator de droite au stator de gauche peul: se faire par l'intermédiaire de l'essieu. Les stators de droite et de gauche peuvent avoir chacun un circuit magnétique qui n'a que deux secteurs angulaires. Ces caractéristiques résultent des considérations suivantes: Avec deux fois plus de circuits que de phases, on ne peut pas avoir un faible nombre de pôles statoriques et le plus grand nombre d'angle mort entre secteurs fait perdre de la surface d'entrefer. Un nombre impair de phases engendre des déséquilibres de forces. Un nombre pair plus grand que quatre n'apporte que des inconvénients. Si l'on veut diminuer le taux d'ondulation, il vaut mieux mettre un autre circuit en parallèle. Si le nombre pair de deux phases ne permet pas de choisir un sens de rotation, il suffit d'accoupler un autre circuit décalé pour avoir au total quatre phases. Cette disposition permet des vitesses élevées, par exemple avec 2x3+2= 8 pôles on a 30 6000t/mn à 400Hz. Avec seulement deux pôles par secteur, si le terme de "pôle conséquent" devint impropre, on n'a pas deux bobines distinctes dans la même encoche et on conserve les avantages de la variation de réluctance par rapport à la composition vectorielle où, pour éviter des ampèretours à contretemps, on crée des ampèretours opposés! 35 Avec plus de quatre pôles, on augmente le couple au détriment de la vitesse. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemple relatif à un stator d'une machine dynamo-électrique tournante à entrefers cylindriques et à bobinage à pôles conséquents: la figure 1 représente le diagramme d'un circuit statorique intérieur, à entrefers cylindriques, à répartition angulaire des phases, à quatre secteurs angulaires comportant 2904487 3 chacun quatre pôles alimentés par quatre phases, ainsi que des aimants permanents d'un rotor; La figure 2 reprend un diagramme semblable pour deux secteurs et deux phases; La figure 3 représente un diagramme de l'assemblage de deux fois quatre phases; 5 la figure 4 représente en coupe partielle un circuit statorique intérieur à l'entrefer, à quatre secteurs angulaires mais avec six pôles par secteur pour augmenter les couples tout en diminuant la vitesse maximum de rotation, avec un bobinage en plaques, et avec l'indication du couplage axial avec un autre circuit identique, mais angulairement décalé, et la figure 5 représente un montage d'un stator dans une roue d'un véhicule de façon à 10 provoquer la motorisation de ce dernier. Sur la figure 1, un circuit magnétique statorique à entrefers cylindriques intérieur 1, qui peut être réalisé en tôles empilées, comporte quatre secteurs angulaires 2 qui comportent ici chacun quatre pôles saillants 3, alimentés par une phase, de q 1 jusqu'à t4 Ces pôles sont au pas de 20 alors qu'il y a 5 de plus entre secteurs, pour pouvoir y 15 loger deux ensembles de conducteurs rectilignes (non représentés) appartenant à des phases différentes, tout en conservant un nombre pair de pôles rotoriques. La couronne statorique 4 portant les pôles 3 laisse un espace disponible en son centre Z, pouvant être occupé par des auxiliaires de commande ou de contrôle. On a représenté 18 aimants permanents rotoriques 5 au pas de 20 fixés sur une 20 couronne rotorique 6. Dans le cas où les entrefers sont plans, il suffit de se représenter les pôles 3 dirigés axialement hors du plan de la figure. La figure 2 est semblable à la figure 1, mais avec seulement deux secteurs angulaires 2 ayant donc deux phases q et r chacune avec quatre pôles 3. Le nombre d'aimants 25 permanents 5 doit être pair, soit 10. Ce circuit doit être accouplé à un deuxième circuit portant les deux autres phases s et t. L'asymétrie du stator engendre une légère réaction sur l'axe qui pourra être compensée par la présence du deuxième circuit. Sur la figure 3, on a représenté le diagramme des phases de la figure 1, de q à t. Si l'on a un deuxième circuit 1 accouplé au premier et décalé d'un quart de période avec les phases de q' à t', on a la succession des huit phases de cette figure sans avoir recours à un circuit à huit phases, qui aurait eu une vitesse limitée en raison du grand nombre de pôles 3. De la même manière, le doublement du circuit de la figure 2 conduit à n'avoir que dix aimants ou pôles rotoriques 5, permettant une grande vitesse de rotation. Sur la figure 4, le circuit magnétique 1 vu en coupe porte des pôles 3 qui sont à entrefers cylindriques et sont répartis en quatre secteurs angulaires 2 avec chacun six pôles 3 par secteur pour augmenter les couples par rapport aux quatre pôles de la figure 1. 2904487 4 Un bobinage 7 à pôles conséquents d'un secteur est ici réalisé avec des plaques 8 comme représenté, suivant le FR 06/02078 (KOEHLER), ou aurait pu être en fil suivant le FR 06/04968 (KOEHLER). On a également représenté par une perspective cavalière un stator droit 9r et un stator 5 identique gauche 91 comme cela a été évoqué pour les figures 1 et 2. Des ouvertures d'assemblage 10 sur le bord intérieur de la couronne 4 permettant de rentrer à force des tirants pour assembler axialement ces deux stators séparés par une entretoise cylindriques 1 1 pour assurer le centrage et laisser passer une aération éventuelle. On forme ainsi un stator axialement double 12. 10 On peut considérer qu'un stator double 1.2 comporte simultanément une répartition angulaire des phases dans chaque stator simple 9 et une répartition axiale entre deux stators simples 9r et 91. Si ce deuxième stator 91 avait le même calage angulaire et la même alimentation que le premier 9r, on aurait simplement doublé la puissance sans modification des ondulations de 15 couple. Si par contre on décale simultanément, d'une fraction de pas, le calage angulaire des stators 9 ainsi que celui de son alimentation, comme représenté sur la figure 1, on superpose des ondulations non synchrones. Ce décalage angulaire de la moitié d'un pas polaire peut être réalisé par le décalage des 2 0 ouvertures 10. Les caractéristiques de nombres de phases, de secteurs, de pôles et de double répartition élaborées ci-dessus dans le cas d'entrefers cylindriques se retrouveront dans le cas d'entrefers plans, sans qu'on ait besoin de les expliciter. Pour le bobinage des secteurs angulaires plans, on peut se référer au FR 06/04075 (KOEHLER). 25 Dans l'application à une roue motrice, on a préféré utiliser la voie des entrefers cylindriques. Suivant la figure 5, l'invention propose la disposition suivante: Un stator simple 9 est disposé à l'intérieur d'un manchon 13, au moyen de roulements, l'un 14 intérieur et l'autre 15 d'entrée sur un plus grand diamètre. 30 Ce manchon est accouplé au flasque d'une roue gauche 161 d'un véhicule, cette roue étant portée par un axe 17. Des aimants permanents 5 sont disposés sur la face magnétique intérieure du manchon 1 3 avec un pas égal à celui des pôles statoriques 3 et avec des polarités alternées. Un montage à concentration de flux est également possible. 35 De plus, une liaison mécanique 18 entre le corps du véhicule et la face extérieure 1 9 du stator 9 immobilise ce dernier dans une position angulaire constante. Cette liaison est coulissante pour tenir compte des déplacements entre le corps du véhicule et les roues. Elle peut aussi porter des conducteurs d'alimentation du stator 9, ainsi qu'éventuellement des conduits transportant un fluide de réfrigération circulant dans des 2904487 5 canaux des couronnes 4 du stator 9. Une jupe souple (non représentée) isole l'entrefer de l'extérieur. A l'intérieur de ce stator, on peut aussi loger un frein agissant entre la roue 1 6 et une plaque fixe 2 0 portant le stator, ou des organes auxiliaires. 5 On voit que le moteur est facilement accessible pour son entretien. Un incident sur un phase n'affecte que partiellement le fonctionnement du moteur. La disposition ci-dessus est utilisable dans le cas où le véhicule a un plancher bas. Dans le cas où le manchons 13 est équipé d'un stator double 12, si l'axe 17 constitue un essieu 2 1 portant une roue gauche 161 et une roue droite 16r (non représentées), 10 l'assemblage du premier stator 9r au deuxième stator 91 peut se faire mécaniquement et angulairement par l'intermédiaire de l'essieu 21. La longueur axiale de chaque moteur est ainsi diminuée. Un stator double 12 ayant huit phases peut aussi être utilisé pour actionner la cabine d'un ascenseur, dont on souhaite que le démarrage se fasse très progressivement, sans à- 15 coups. Si le moteur est fixé sur la cabine, il peut être à entrefers plans pour gagner diamétralement de la surface d'entrefer en diminuant la longueur axiale. REVENDICATIONS 1. Stator polyphasé (9,12) d'une machine dynamo-électrique tournante à entrefers cylindriques ou plans, d'axe Z, comportant au moins un circuit magnétique (1) à phases angulairement réparties dans des secteurs angulaires (2) ayant par circuit magnétique (1) un nombre pair de pôles saillants (3) à pas constant, ces pôles devant être polarisés alternativement par des bobinages monophasés (7), caractérisé en ce que le nombre N s de secteurs angulaires (2) du stator est égal au nombre N 4) de phases alimentant le stator et en ce que ce nombre de phases N4) est pair et égal ou supérieur à quatre. 2. Stator polyphasé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre de pôles saillants (3) d'un secteur angulaire (2) est égal ou supérieur à quatre et en ce que le bobinage est à pôles conséquents. 3. Stator polyphasé selon la revendication 1 ou 2, comportant deux circuits magnétiques (1), caractérisé en ce qu'un premier circuit magnétique à droite (1r) à phases angulairement réparties est accouplé axialement à un deuxième circuit magnétique semblable à gauche (11), avec un décalage angulaire correspondant à une fraction de période de polarisation des pôles, de façon à réaliser un stator (12) dans lequel on a un couplage angulaire de phases dans chacun des deux circuits magnétiques (lr, l l), ainsi qu'un couplage axial entre les deux circuits magnétiques (1r,11) . 4. Stator polyphasé selon la revendication 3, alimenté par quatre phases, caractérisé en ce que chaque circuit magnétique (1r,11) ne possède que deux secteurs alimenté chacun par une des quatre phases. 5. Stator polyphasé selon la revendication 2 ou 3, dans lequel les entrefers sont cylindriques, caractérisé en ce que le stator polyphasé simple ou double (9,12) est disposé, au moyen de roulements (14,15), à l'intérieur d'un manchon (13) qui est accouplé au flasque d'une roue (16) d'un véhicule, cette roue (16) étant portée par un axe (17), en ce que des aimants permanents (5) sont disposés sur la face magnétique intérieure du manchon (13) avec un pas égal à celui des pôles statoriques (3) d'un secteur (2) et avec des polarités alternées et en ce qu'une liaison mécanique coulissante (18) entre le corps du véhicule et la face extérieure du stator (9,12) immobilise ce dernier dans une position angulaire constante. 6. Stator polyphasé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la liaison mécanique (18) porte les conducteurs d'alimentation ainsi que des conduits pour assurer la réfrigération du stator (9,12) . 7. Stator polyphasé selon la revendication 5 ou 6, dans lequel le stator (12) est constitué par l'assemblage axial du deuxième stator gauche (91) au premier droit (9r) et dans lequel l'axe (17) constitue un essieu (20) portant une roue gauche (161) et une roue droite (16r), caractérisé en ce que l'assemblage mécanique et angulaire du stator de droite (9r) au stator de gauche (91) se fait par l'intermédiaire de l'essieu (20). 8. Stator polyphasé selon l'ensemble des revendications 4 et 7, caractérisé en ce que les stators (9r) et (91) ont chacun un circuit magnétique (1) qui n'a que deux secteurs (2).