Brevet FR3029029A1 — publié le 20160527

MACHINE ELECTRIQUE La présente invention concerne une machine électrique comportant un rotor et un stator. Plus particulièrement, l'invention concerne un moteur à reluctance variable pour application dans un véhicule automobile, notamment pour un compresseur électrique de suralimentation. L'invention se rapporte également à un compresseur électrique de suralimentation pour véhicule automobile, comportant un tel moteur à reluctance variable. Il est connu de mettre en oeuvre un compresseur électrique de 10 suralimentation (en anglais «electric supercharger») dans un circuit d'alimentation en air d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile. Un tel compresseur électrique de suralimentation est classiquement mis en oeuvre dans la ligne d'admission d'air d'un moteur à combustion 15 thermique d'un véhicule automobile, en amont ou en aval d'un turbocompresseur. En variante, ou au surplus comme décrit dans la demande FR-A-2 991 725 au nom de la Demanderesse, un tel compresseur peut être mis en oeuvre sur une ligne de recirculation des gaz d'échappement du moteur à combustion interne. 20 Le compresseur de suralimentation électrique comporte de manière classique une roue destinée à comprimer l'air entrant dans le compresseur et une machine électrique pour entraîner la roue en rotation. À la différence des turbocompresseurs, entrainés par les gaz d'échappement, le compresseur électrique de suralimentation, fonctionnant 25 avec une machine électrique, a un temps de réponse très court. Ceci permet de renforcer le couple du moteur à combustion interne à bas régime, de compenser le temps de réponse du turbocompresseur et améliore les accélérations du véhicule automobile sur lequel est monté le moteur â combustion interne muni du compresseur électrique de suralimentation. 30 Cependant, la machine électrique, et plus particulièrement le moteur à reluctance, mis en oeuvre dans un tel compresseur électrique de 3029029 2 suralimentation est soumis à des vibrations de grandes amplitudes du fait des variations de flux et de forces électromagnétiques, qui nuisent au confort du conducteur du véhicule automobile. En outre, notamment du fait du régime auquel est utilisée une telle 5 machine électrique, un tel compresseur est bruyant. Le but de la présente invention est de proposer une machine électrique perfectionnée pour application automobile, notamment pour compresseur électrique de suralimentation, ne présentant pas au moins certains des inconvénients susmentionnés. A cette fin, l'invention propose une machine électrique, notamment pour compresseur électrique de suralimentation dans un véhicule automobile, comprenant un rotor et un stator présentant des dents rotoriques et statoriques, respectivement, et au moins un bobinage transverse alimenté en courant continu pour créer un couple sensiblement constant agissant sur le rotor. Ainsi, selon l'invention, on insère dans une machine électrique au moins un bobinage pour créer un couple sensiblement constant sur le rotor. Ce couple sensiblement constant permet d'accroitre le couple total de la machine électrique. Il permet également de limiter l'amplitude des vibrations mécaniques dans la machine électrique et d'en accroître sa robustesse et sa fiabilité. Par ailleurs, les variations de couple exercé sur le rotor sont décalées du fait de la présence d'une composante continue, le couple présentant un taux de variation réduit du fait de l'introduction d'une composante continue. Ainsi, le bruit résultant du fonctionnement de la machine électrique est réduit et/ou décalé en fréquences, au moins en partie dans une gamme de fréquences inaudibles au moins pour certains utilisateurs. Enfin, le couple exercé sur le rotor comprenant une composante continue, il est possible de modifier le rotor et/ou le stator pour modifier le bruit 3029029 3 émis par la machine, tout en conservant des performances mécaniques satisfaisantes, notamment un couple exercé sur le rotor satisfaisant. L'invention propose également, selon un mode de réalisation de l'invention, un moteur à reluctance variable notamment pour compresseur 5 électrique de suralimentation dans un véhicule automobile, comprenant un rotor et un stator présentant des dents rotoriques et statoriques, respectivement, et au moins un bobinage transverse alimenté en courant continu pour créer un couple sensiblement constant agissant sur le rotor. Selon différents modes de réalisation, qui pourront être pris ensemble 10 ou séparément la machine électrique présente autour de chaque dent statorique, un bobinage de phase formé chacun par un enroulement d'un fil électrique autour d'une direction sensiblement radiale de la machine électrique, - au moins un bobinage transverse s'étend radialement à l'extérieur des 15 bobinages de phase, au moins un bobinage transverse entoure une pluralité de dents statoriques, deux bobinages transverses entourant chacun une moitié des dents statoriques, 20 les dents rotoriques et/ou statoriques s'étendent en forme d'hélice le long la machine électrique, - au moins une dent rotorique et/ou statorique présente une cavité, - la ou les cavités débouchent sur chacune des faces d'extrémité du rotor et du stator, respectivement. 25 la ou les cavités s'étendent en forme d'hélice par rapport à la direction longitudinale de la machine électrique, - les dents rotoriques et/ou statoriques présentent, en section transversale, un chanfrein, le chanfrein formant de préférence un angle supérieur à 1°, de préférence encore supérieure à 3°, et inférieur 30 à 10°, de préférence encore inférieur à 7°. 3029029 4 le stator est reçu dans un boîtier de la machine en laissant des espaces vides entre le stator et le boîtier, les espaces vides s'étendant essentiellement selon une direction longitudinale de la machine à reluctance variable, le stator et le boîtier de la machine définissant de 5 préférence des zones de contact linéiques. le stator présente, en section transversale, une enveloppe de forme générale polygonale présentant le cas échéant une ou plusieurs découpes formées par au moins une cavité débouchant sur la surface radialement extérieure du stator et, de préférence, des angles arrondis destinés à être en contact avec le boîtier de la machine, lequel boîtier de la machine est de préférence de forme générale circulaire, en section transversale, au moins l'un parmi le rotor et le stator présentent une section transversale pouvant être divisée en des secteurs angulaires de même 15 angle au centre et incluant une unique dent, au moins un desdits secteurs angulaires étant différent d'au moins un des autres dits secteurs angulaires, de préférence chaque secteurs angulaire étant différent des autres secteurs angulaires, Selon un autre aspect, l'invention se rapporte à un compresseur 20 électrique de suralimentation pour véhicule automobile, comportant une roue de compression et une machine électrique, par exemple un moteur électrique à reluctance variable tel que décrit ci-avant dans toutes ses combinaisons, pour entraîner la roue de compression en rotation. La figure unique annexée sert à comprendre comment l'invention peut 25 être réalisée. Cette figure unique représente schématiquement une coupe transversale machine électrique à reluctance variable d'un compresseur électrique de suralimentation pour véhicule automobile. Comme indiqué, l'unique figure illustre une machine électrique, qui est par exemple un moteur à reluctance variable, 10 comprenant essentiellement 30 un rotor 12 et un stator 14, le rotor 12 étant ici monté à radialement à l'intérieure du stator 14. Le rotor 12 et le stator 14 sont en matériau 3029029 métallique. Le rotor 12 présente des dents 16 (ci-après dents rotoriques 16) radiales, orientées radialement vers l'extérieur, ici au nombre de quatre. Les dents rotoriques 16 sont équiréparties angulairement. Le stator 14 présente quant à lui des dents 18 (ci-après dents statoriques 18) également radiales, 5 orientées dans le sens opposé aux dents 16 du rotor 12. Selon un mode de réalisation de l'invention, les dents statoriques 18 sont plus nombreuses que les dents rotoriques 16. Selon un mode de réalisation de l'invention, le stator 14 comporte n dents 18, n étant compris entre 4 et 12, et de manière très préférée égale à 6. 10 Les dents statoriques 18 sont équiréparties angulairement. Chacune des dents statoriques 18 est entourée par un bobinage 20 ou bobinage de phase. Lorsque deux bobinages 20 opposés (ou symétriques) sont alimentés électriquement, ils forment des électroaimants et provoquent la rotation du rotor 12 pour aligner les dents rotoriques 16 avec les dents statoriques 18 15 entourées par les bobinages 20 alimentées électriquement. En commandant successivement l'alimentation des couples de bobinages 20 opposés, on entraine en rotation le rotor 12, le couple étant produit par la tendance du rotor à se positionner de façon que la réluctance entre une dent statorique et une dent rotorique soit minimum, c'est-à-dire que l'entrefer entre ces dents 20 rotoriques et statoriques soit minimal. Dans le cadre de l'invention, il est prévu au moins un bobinage transverse 22a, 22b. Par bobinage transverse, on entend ici un bobinage formé par l'enroulement d'un fil autour d'une direction sensiblement radiale de la machine électrique 10, distinct des bobinages de phase 20. Dans le cadre 25 de l'invention, la machine électrique 10 comprend deux bobinages transverses 22a, 22b qui entourent chacun la moitié du nombre de dents statoriques 18. Selon un mode de réalisation de l'invention, dans le cas où la machine électrique comporte 6 dents statoriques 18, trois dents statoriques sont situées radialement à l'intérieur de chacun des bobinages transverses 30 22a, 22b. 3029029 Chaque bobinage transverse 22a, 22b est alimenté en courant continu pour créer un couple sensiblement constant, selon l'axe longitudinal de la machine électrique 10 (normal au plan de la figure), agissant sur le rotor 12. Ce couple sensiblement constant s'exerçant sur le rotor permet de limiter 5 le taux de variation de couple exercé sur le rotor 12 au cours de son mouvement de rotation, ce qui permet de déplacer en fréquence le bruit émis par la machine électrique en fonctionnement et/ou de limiter ce bruit, au moins dans certaines gammes de fréquences. Ici, les bobinages transverses 22a, 22b s'étendent radialement à 10 l'extérieur des bobinages 20 entourant les dents 18 du stator 14, pour permettre un montage plus aisé de ces bobinages transverses 22a, 22b dans la machine électrique 10. Comme indiqué précédemment, les bobinages transverses 22a, 22b permettent de créer un couple sensiblement constant sur le rotor 12. Ce 15 couple sensiblement constant peut avantageusement être mis à profit pour maintenir un niveau de performance de la machine électrique 10, notamment un niveau de couple exercé sur le rotor 12, tout en incluant dans la machine électrique des caractéristiques visant à réduire et/ou modifier ses émissions de bruit, lesquels peuvent nuire à ce niveau de performance, notamment au 20 couple exercé sur le rotor 12. Selon un mode de réalisation de l'invention, la machine électrique 10 peut présenter des dents rotoriques 16 et/ou statoriques 18 qui s'étendent en forme d'hélice le long de la machine électrique 10. Cette extension en hélice des dents rotoriques 16 et/ou statoriques 18 permet d'adoucir la variation du 25 flux entre les dents statoriques 16 et rotoriques 18 au cours du mouvement de rotation du rotor 12, et donc de réduire les émissions de bruit de la machine électrique. Alternativement ou au surplus, et comme illustré sur la figure, le rotor 12 et/ou le stator 14 peuvent présenter des cavités 24, 26, 28, 30 respectivement. Ces cavités 24, 26, 28 permettent de réduire la rigidité du rotor 12 et/ou du stator 14, ce qui permet de limiter lé bruit émis par le moteur 3029029 à reluctance variable et/ou d'abaisser les fréquences d'émission de ces bruits. Par faciliter de fabrication et pour limiter l'influence des cavités 24, 26 sur le couple exercé sur le rotor 12, celles-ci sont réalisés dans les dents 16, 18 du rotor 12 et du stator 14, respectivement et ne débouchent qu'au niveau des 5 deux faces d'extrémité du rotor 12 et du stator 14. Lorsque les dents rotoriques 16 et/ou statoriques 18 s'étendent selon des hélices par rapport à la direction longitudinale de la machine électrique 10, les cavités 24, 26 qui sont formées dans ces dents rotoriques 16 et/ou statoriques 18 peuvent également s'étendre selon des hélices, de préférence identiques. Le stator 14 peut également présenter sur sa surface radialement externe des cavités 28 qui s'étendent sensiblement selon la direction longitudinale de la machine électrique 10 et qui débouchent au niveau des deux faces d'extrémité du stator 14 et sur sa surface radialement externe. Selon une autre alternative ou au surplus, les dents rotoriques 16 15 et/ou statoriques 18 peuvent présenter, en section transversale, un chanfrein 30 comme illustré sur la figure. En d'autres termes, le profil des dents rotoriques 16 et/ou statoriques 18 peut présenter une partie de base avec deux côtés parallèles, reliée au sommet des dents 16, 18 par des surfaces inclinées par rapport aux deux côtés parallèles de la partie de base. L'angle 20 d'inclinaison de ces surfaces (ou angle de chanfrein) peut notamment être supérieur à 1°, de préférence encore supérieure à 3°, et inférieur à 10°, de préférence encore inférieur à 7°. Ces chanfreins 30 permettent de limiter l'amplitude des variations de flux magnétiques quand les dents 16 du rotor 12 s'alignent avec les dents 18 du stator 14. En effet, du fait de la présence des 25 chanfreins 30, cette variation du flux magnétique est réalisée de manière moins brusque, ce qui permet de limiter le bruit émis par la machine électrique 10. Selon un mode de réalisation de l'invention, la machine électrique est une machine à courant continue ou alternatif, synchrone ou asynchrone ou 30 tout type de machine électrique du même type. 3029029 Plus précisément, selon un mode de réalisation de l'invention, la machine électrique est un moteur à reluctance variable (également appelée machine SRM pour Switched Reluctance Motor selon la terminologie anglaise) défini par les même caractéristiques que la machine électrique selon 5 l'invention. Une machine électrique 10 telle qu'elle vient d'être décrite peut être mise en oeuvre dans de nombreuses applications dans un véhicule automobile. Notamment, il peut être mis en oeuvre pour un système de moteur 10 de traction. Selon une application particulièrement intéressante cependant, la machine électrique 10 telle qu'elle vient d'être décrite peut être mise en oeuvre dans un compresseur électrique de suralimentation pour véhicule automobile, comportant une roue de compression entraînée en rotation par la rotation du 15 rotor du moteur à reluctance variable. L'invention ne se limite pas au seul exemple de réalisation décrit ci-avant en regard des figures, à titre d'exemple illustratif et non limitatif. Notamment, le stator 14 peut être reçu dans un boîtier de la machine en laissant des espaces vides (ou jeux) entre le stator 14 et le boîtier, les 20 espaces vides s'étendant essentiellement selon une direction longitudinale de la machine. Le stator et le boîtier de la machine définissent alors de préférence des zones de contact linéiques. Ces espaces vides entre le stator et le boîtier de la machine permettent de limiter le bruit rayonné par la machine à reluctance variable. 25 Par exemple, le stator 14 peut présenter une section transversale de forme générale polygonale, présentant le cas échéant une ou plusieurs découpes formées par la ou les cavités 28 débouchant sur la surface radialement externe du stator 14 et, de préférence, des angles arrondis destinés à être en contact avec le boîtier de la machine, lequel boîtier de la 30 machine est de préférence de forme générale circulaire, en section transversale. 3029029 9 Par ailleurs, l'un au moins parmi le rotor 12 et le stator 14 peut également présenter une section transversale pouvant être divisée en des secteurs angulaires de même angle au centre et incluant une unique dent radiale, au moins un desdits secteurs angulaires étant différent d'au moins un 5 des autres dits secteurs angulaires, de préférence chaque secteurs angulaire étant différent des autres secteurs angulaires. Ceci permet également de déplacer vers les fréquences plus élevées, les émissions de bruit du moteur à reluctance variable 10, notamment dans un domaine de fréquences inaudibles pour au moins certains utilisateurs. REVENDICATIONS1. Machine électrique (10), notamment pour compresseur électrique de suralimentation dans un véhicule automobile, comprenant un rotor (12) et un stator (14) présentant des dents rotoriques (16) et statoriques (18), respectivement, et au moins un bobinage transverse (22a ; 22b) alimenté en courant continu pour créer un couple sensiblement constant agissant sur le rotor. 10 2. Machine électrique (10) selon la revendication 1, présentant autour de chaque dent statorique (18), un bobinage de phase (20) formé chacun par un enroulement d'un fil électrique autour d'une direction sensiblement radiale de la machine électrique. 15 3. Machine électrique (10) selon la revendication 2, dans lequel le au moins un bobinage transverse (22a ; 22b) s'étend radialement à l'extérieur des bobinages de phase (20). 4. Machine électrique (10) selon l'une quelconque des revendications 20 précédentes, dans lequel le au moins un bobinage transverse (22a ; 22b) entoure une pluralité de dents statoriques (18). 5. Machine électrique (10) selon la revendication 4, comprenant deux bobinages transverses (22a ; 22b) entourant chacun une moitié des dents 25 statoriques (18). 6. Machine électrique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins une dent rotorique (16) et/ou statorique (18) présente une cavité (24 ; 26).débouchant sur chacune des faces 30 d'extrémité du rotor (12) et du stator (14), respectivement. 3029029 7. Machine électrique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les dents rotoriques (16) et/ou statoriques (18) présentent, en section transversale, un chanfrein, le chanfrein formant de préférence un angle supérieur à 1°, de préférence encore supérieure à 3°, et inférieur à 10°, de préférence encore inférieur à 7°. 8. Compresseur électrique de suralimentation pour véhicule automobile, comportant une roue de compression et une machine électrique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour entraîner la roue de compression en rotation.