Brevet FR2966297A1 — publié le 20120420

Rotor de machine électrique à réluctance commutée et machine équipée d'un tel rotor L'invention concerne un rotor de machine électrique à réluctance commutée et une machine équipée d'un tel rotor. On sait que les rotors des machines électriques à réluctance commutée ont des rotors dont la structure est généralement ajourée, ce qui provoque en cours de rotation un brassage d'air et du bruit aérodynamique ainsi qu'une perte associée de rendement de la machine. Les solutions actuelles pour palier ces inconvénients consistent à lisser la surface du rotor en ajoutant de la résine dans les encoches de la structure du rotor ou en laissant des ponts de matière ferromagnétique entre les dents de la structure du rotor. Ainsi le rotor ne brasse quasiment plus d'air. Néanmoins, d'autres inconvénients sont engendrés par ces solutions. D'une part, l'ajout de résine est soumis à de fortes contraintes en raison de la force centrifuge et des vibrations du rotor. La résine risque de se casser ou de se décoller, provoquant la casse de la machine. Par ailleurs, la polymérisation de la résine est une opération longue et délicate. D'autre part, les ponts de matière ferromagnétique épousent actuellement une forme cylindrique entre les extrémités des dents du rotor, leur surface s'étendant dans la continuité de la surface des extrémités des dents. Ces ponts sont soumis à une flexion importante du fait de la force centrifuge agissant sur chacun d'eux. Ils risquent de toucher le stator et de l'endommager. De plus, dès que la vitesse augmente significativement ou en fonctionnement à puissance constante de la machine, les impulsions du courant traversent le stator en avance de phase sur la rotation des dents de la structure du rotor et créent un flux d'induction parasite et des courants de Foucault dans les ponts de matière ferromagnétique. Le rendement de la machine est alors diminué. Il existe donc un besoin pour un rotor de machine à réluctance commutée qui affecte moins le rendement de la machine relativement à celui de la machine à rotor à pont cylindrique connu. Il est proposé un rotor de machine à réluctance commutée, comprenant une structure rotative pourvue d'une pluralité de dents de matière ferromagnétique et destiné à coopérer avec un stator disposé autour du rotor, caractérisé en ce que les dents de la structure du rotor comportent deux à deux, de façon régulière, un pont de matière ferromagnétique, lequel est relié au bord d'extrémité d'une première dent et au côté en regard d'une deuxième dent adjacente à la première. On entend par pont relié au côté de la deuxième dent que le bord d'extrémité de la deuxième dent n'est pas compris dans ce côté. Les ponts s'étendent sur toute la longueur du rotor suivant sa direction axiale. Ainsi, chaque dent est reliée d'un côté à un pont par son bord d'extrémité et de l'autre côté à un autre pont par son côté. Il en résulte une configuration asymétrique du rotor qui favorise un sens de rotation du rotor (de la deuxième dent vers la première dent) et diminue la flexion radiale du pont relativement à un pont cylindrique de rotor connu, en raison d'une composante de traction de la force de résistance agissant sur la partie de pont attachée au côté de la dent. De plus, on observe une diminution du flux magnétique parasite et des courants de Foucault induits dans le pont par les composantes précitées du courant en avance de phase sur la rotation des dents. En effet, la partie de pont attenante au côté de la deuxième dent se trouve bien en deçà de la surface cylindrique d'un pont de rotor classique, ce qui diminue le flux magnétique parasite et les courants de Foucault induits dans le pont relativement à un rotor classique équipé d'un pont cylindrique, permet d'augmenter la vitesse de rotation du rotor et d'augmenter la puissance de la machine correspondante. Avantageusement, toutes les dents sont reliées d'un même côté à un pont par leur bord d'extrémité. Avantageusement, chaque pont sur toute la longueur de la machine ou la longueur du rotor suivant sa direction axiale suit une surface dont la génératrice est parallèle à l'axe du rotor. Cette surface comporte avantageusement un profil cintré, de préférence comprenant une partie convexe tournée vers l'extérieur et qui peut être analogue à l'extrados d'une aile d'avion, c'est-à dire analogue à la face supérieure d'une aile d'avion, ce qui favorise l'écoulement d'air à la surface du rotor et diminue le bruit aérodynamique de rotation du rotor. Plus particulièrement, cette surface correspond à la face externe du pont en regard du stator. Avantageusement, la partie du pont en liaison avec la première dent est tangente à la surface d'extrémité de la dent. Ainsi, l'écoulement de l'air à la surface du rotor est davantage favorisé (dans un sens de rotation depuis la deuxième dent vers la première). Les ponts peuvent être reliés chacun au côté de la deuxième dent à une hauteur h' comprise de la moitié de la hauteur h de la dent à la hauteur h de la dent moins un dixième de l'entrefer. Cette plage de valeurs sur le positionnement du pont sur la deuxième dent, en combinaison avec la forme du pont, réduit de façon sensible le flux magnétique parasite et les courants de Foucault dans le rotor et empêche l'écoulement turbulent de l'air en périphérie du rotor. Par hauteur h de dent, on entend la distance entre la base de la dent du côté de l'axe du rotor et l'extrémité de la dent, suivant une direction perpendiculaire à l'axe du rotor. L'entrefer est défini comme étant la distance égale au rayon intérieur du stator moins le rayon extérieur du rotor au niveau d'une dent du rotor. Plus particulièrement, la face externe de chaque pont (en regard avec le stator) est reliée au côté de la deuxième dent à une hauteur h' comprise de la moitié de la hauteur h de la dent à la hauteur h de la dent moins un dixième de l'entrefer. La partie de liaison de chaque pont au côté de la deuxième dent est avantageusement de section transversale élargie par rapport à celle de la paroi du pont et de préférence avec une surface externe comprenant une partie concave arrondie, la concavité étant tournée vers l'extérieur, et éventuellement cette surface externe se raccordant de manière tangentielle au côté de la dent. Ainsi, la solidité de la liaison du pont au côté de la dent est accrue et sa forme concave arrondie et/ ou en raccordement tangent au côté favorise l'aérodynamisme de la surface du pont pour faciliter l'écoulement de l'air sur le pont et en périphérie du rotor au cours de la rotation de ce dernier. De cette manière, on empêche un écoulement turbulent de l'air en périphérie du rotor et donc on limite le bruit aérodynamique du rotor. Les ponts peuvent être fixés aux dents par un moyen de fixation à ces dernières, mais avantageusement, les ponts de matière font partie intégrante du rotor (par exemple d'un plan de tôle du rotor) au même titre que les dents, ce qui permet d'obtenir un rotor plus rigide et que la liaison des ponts aux dents de la structure du rotor soit moins sujette à une défaillance. Il est également proposé une machine à réluctance commutée comprenant un rotor tel que décrit ci-dessus. Un mode de réalisation de l'invention est à présent décrit à titre non limitatif en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective avec arrachement partiel d'un mode de réalisation selon l'invention d'une machine à réluctance commutée, - la figure 2 est une vue en coupe schématique radiale partielle du rotor et du stator de la machine, montrant la déformation du pont en rotation, et - la figure 3 est une vue en coupe radiale partielle du rotor et du stator de la machine montrant le flux magnétique parasite induit et les courants de Foucault engendrés dans le rotor au cours du fonctionnement de la machine. Dans la suite du texte, des pièces ou éléments analogues sont désignés sur les figures par les mêmes références numériques. Avec référence à la figure 1, on a représenté partiellement une machine à réluctance commutée 1 selon un mode de réalisation de l'invention. Seuls le rotor 3, le stator 5 et le corps 7 de la machine sont représentés. Le rotor 3 comporte une structure rotative 9 pourvue d'une pluralité de dents radiales identiques 11 réparties uniformément en étoile, autour de l'axe (d) du rotor. Les dents 11 sont en matière ferromagnétique. Ces dents sont de conformation longitudinale droite et leurs surfaces d'extrémité 13 sont inscrites dans un même cylindre (non représenté) coaxial à l'axe du rotor, ce cylindre délimitant une surface disposée à une distance dite d'entrefer du rotor 3 au stator 5. Le stator 5 comporte des bobines d'induction 15 à configuration longitudinale parallèle à l'axe (d) du rotor. Ces bobines sont disposées autour du rotor selon un développement cylindrique coaxial au rotor 3. L'ensemble comporte une symétrie axiale. Les dents 11 du rotor sont reliées deux à deux, de façon régulière sur la périphérie du rotor, par des ponts 17 de matière ferromagnétique. Ces ponts 17 sont à forme de plaque cintrée dont la génératrice de surface externe (g) est parallèle à l'axe (d) du rotor. Leur profil cintré de surface externe comporte une partie convexe tournée vers l'extérieur et qui peut être analogue à l'extrados d'une aile d'avion. Ils relient chacun un bord d'extrémité 19 d'une première dent 11, tangent à la surface d'entrefer du rotor, à un côté 11 a (à l'exception du bord d'extrémité du côté) d'une deuxième dent 11 adjacente à la précédente. Cette liaison 21 du pont au coté 11a est disposée, en référence à la hauteur h de la dent, à une hauteur h' comprise de la moitié de la hauteur h à la hauteur h moins un dixième de l'entrefer. La liaison 21 de chacun des ponts 17 au côté 11 a de la dent est de section transversale élargie relativement à celle régulière de la paroi du pont et présente une surface externe concave arrondie vers l'extérieur mais peut avoir une autre forme. Les ponts 17 font partie intégrante du rotor 3 (notamment d'un plan de tôle du rotor) au même titre que les dents 11. La figure 2 montre la déformation des ponts 17 au cours de la rotation du rotor 3. Ces ponts étant identiques l'un à l'autre, un seul est représenté relativement à une bobine d'induction 15 du stator. Le trait continu représente le pont 17, rotor 3 à l'arrêt et le trait en pointillé montre la déformation du pont 17 en rotation selon la flèche et en cours d'excitation par la bobine d'induction. La force de déformation agissant sur le pont est maximale dans la partie centrale du pont 17, à mi-chemin des lignes d'attaches 19, 21 aux dents. A ce niveau de déformation dans la partie centrale du pont, la force centrifuge agit en plein sur le pont de même qu'une composante externe radiale de force magnétique due au flux magnétique parasite agissant sur le pont, composante fonction décroissante de la distance du pont au stator. La distance du pont au stator étant notablement plus grande que la distance de la surface d'entrefer du rotor au stator contrairement à un rotor classique équipé d'un pont cylindrique, le flux magnétique induit dans le pont en est d'autant réduit. De plus, la déformation à cette plus grande distance du pont au stator autorise une plus grande déformation du pont 17 que celle du pont cylindrique classique avant que le pont ne puisse toucher le stator. L'épaisseur du pont 17 peut ainsi être réduite relativement à celle d'un pont cylindrique classique, ou l'entrefer du rotor peut être réduit relativement à celui d'un rotor à pont cylindrique classique. La figure 3 montre de façon schématique la génération des courants parasites c ou courants de Foucault dans les ponts 17. De même que sur la figure 2, on a représenté un seul pont 17 relativement à une seule bobine d'induction 15 du stator. Le sens de rotation du rotor est indiqué par la flèche sous le pont. Le flux magnétique est représenté par une série de vecteurs de flux v dont la longueur varie proportionnellement au flux induit dans le pont 17 et la dent 11 de rotor. Le flux engendré dans chaque pont correspond à l'avance de phase des impulsions du courant traversant le stator sur la rotation des dents de la structure du rotor. Ainsi, le flux diminue au fur et à mesure que le pont 17 se rapproche du côté 11 a de la dent 11 et que la distance d'entrefer augmente et il augmente ensuite dans la dent 11 du rotor. Le flux induit est ainsi beaucoup plus faible que celui produit avec un pont cylindrique classique. Les courants de Foucault sont de ce fait également beaucoup plus faibles et l'échauffement du rotor est moindre. La perte d'énergie électrique fournie par le stator de la machine en regard du rotor est moindre que celle d'une machine équivalente à rotor à ponts cylindriques. De plus, la force électromotrice est moins perturbée par les composantes résultant des ponts 17 qu'avec des ponts cylindriques classiques. Ces composantes réduisent la vitesse de base et donc la puissance de la machine. La vitesse de la machine et donc sa puissance sont augmentées par rapport à celles respectives d'une machine analogue à rotor à ponts cylindriques. REVENDICATIONS1. Rotor (3) de machine (1) à réluctance commutée, comprenant une structure rotative (9) pourvue d'une pluralité de dents (11) de matière ferromagnétique et destiné à coopérer avec un stator (5) disposé autour du rotor (3), caractérisé en ce que les dents (11) de la structure du rotor comportent deux à deux, de façon régulière, un pont (17) de matière ferromagnétique, lequel est relié au bord (19) d'extrémité d'une première dent (11) et au côté (11a) en regard (21) d'une deuxième dent (11) adjacente à la première. 2. Rotor (3) de machine à réluctance commutée selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque pont (17) sur toute la longueur du rotor suivant sa direction axiale suit une surface dont la génératrice est parallèle à l'axe du rotor (3). 3. Rotor (3) de machine à réluctance commutée selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite surface comporte un profil cintré. 4. Rotor (3) de machine à réluctance commutée selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite surface comporte une partie convexe tournée vers l'extérieur. 5. Rotor (3) de machine à réluctance commutée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie du pont (17) en liaison (19) avec la première dent (11) est tangente à la surface d'extrémité (13) de la première dent (Il). 6. Rotor (3) de machine à réluctance commutée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les ponts (17) sont reliés chacun au côté (11 a) de la deuxième dent (11) à une hauteur h' comprise de la moitié de la hauteur h de la dent à la hauteur h de la dent moins un dixième de l'entrefer. 7. Rotor (3) de machine à réluctance commutée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie de liaison (21) de chaque pont (17) au côté (11 a) de la deuxième dent (11) est de section transversale élargie par rapport à celle de la paroi du pont. 8. Rotor (3) de machine à réluctance commutée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les ponts (17) sont fixés aux dents (11) par un moyen de fixation à ces dernières. 9. Rotor (3) de machine à réluctance commutée selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les ponts (17) font partie intégrante du rotor (3) au même titre que les dents (11) du rotor (3). 10. Machine à réluctance commutée comprenant un rotor (3) selon l'une quelconque des revendications précédentes.