Brevet FR3059173A1 — publié le 20180525

MACHINE ELECTRIQUE AVEC MOYENS DE BLINDAGE ELECTROMAGNETIQUE 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 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 thermique d'un véhicule automobile, et par exemple 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. Comme représenté en figure 1, le compresseur 10 de suralimentation électrique comporte de manière classique une roue 12 destinée à comprimer l'air entrant dans le compresseur 10 et une machine électrique 14 pour entraîner la roue 12 en rotation. À la différence des turbocompresseurs, entrainés par les gaz d'échappement, le compresseur électrique 10 de suralimentation, fonctionnant avec une machine électrique 14, 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 3059173 2 moteur à combustion interne muni du compresseur électrique de suralimentation 10. La machine électrique 14 comprend un arbre 16 portant des dents rotoriques 18 coopérant en fonctionnement avec des dents 5 statoriques 20 portés par un carter 22 de la machine électrique 14. Est également visible sur la figure 1, une carte 24 d'électronique de puissance et une carte 26 d'électronique de commande du fonctionnement de la machine électrique 14, c'est-à-dire de commande de l'alimentation synchrone des dents statoriques 20 opposées à 180° l'une de l'autre. 10 Une telle machine électrique 14, et plus particulièrement le moteur à reluctance, mis en oeuvre dans un tel compresseur 10 électrique de suralimentation nécessite l'utilisation de moyens de détection de la position angulaire de l'arbre 16 afin de pouvoir modifier successivement l'alimentation des dents statoriques 20 et par suite maintenir une rotation 15 de l'arbre 16. Ces moyens de détection, généralement du type inductif, sont toutefois sensibles aux champs magnétiques créés par le moteur en fonctionnement et les composants de puissance de sorte que l'information qu'ils délivrent manque de fiabilité. L'invention propose une machine électrique, notamment pour 20 compresseur électrique de suralimentation dans un véhicule automobile, comprenant un arbre de rotor et un stator portant des dents rotoriques et statoriques, respectivement, et des moyens de détection électromagnétique de la position angulaire de l'arbre du rotor, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de blindage électromagnétique entourant l'arbre et 25 intercalés le long de l'arbre entre les moyens de détection électromagnétique et les dents rotoriques et statoriques de la machine électrique. L'adjonction de moyens de blindage électromagnétique autour de l'arbre du rotor et intercalés axialement entre les moyens de détection 30 électromagnétique et les dents de la machine électrique permet d'isoler du 3059173 3 point de vue magnétique les moyens de détection du champ magnétique créé par la machine électrique en fonctionnement. Ces moyens de blindage indépendants des moyens de détection électromagnétique peuvent être adaptés au champ réel créé par la 5 machine électrique. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de blindage électromagnétique comprennent au moins deux plaques réalisées en matériau ferromagnétique agencées autour de l'axe de l'arbre et espacées axialement l'une de l'autre, une première plaque étant dépourvue 10 d'ouvertures et une seconde plaque comprenant au moins une ouverture. L'utilisation d'un matériau ferromagnétique permet de changer l'orientation des lignes de champ magnétique, conduisant à une diminution d'intensité du champ magnétique vu par les moyens de détection. Cette configuration permet de réaliser un blindage des moyens de détection 15 électromagnétique vis-à-vis du champ magnétique statique grâce à l'utilisation de la première plaque ferromagnétique dépourvue d'ouvertures et vis-à-vis du champ magnétique dynamique grâce à l'utilisation d'une seconde plaque comprenant au moins une ouverture. L'ouverture favorisant le phénomène de diffraction des perturbations 20 électromagnétiques toutes fréquence confondues. Là encore, il est possible d'adapter au mieux la forme de chacune des première et seconde plaques au champ magnétique considéré, statique ou dynamique, dont on souhaite diminuer les effets sur les moyens de détection magnétique. 25 De préférence, les plaques sont sensiblement perpendiculaires à l'axe de rotation du rotor de la machine électrique. La première plaque peut être formée d'une paroi, de préférence plane, d'épaisseur sensiblement uniforme raccordée à sa périphérie à un bord épaissi présentant une épaisseur égale à environ trois fois l'épaisseur 30 de la paroi. 3059173 4 L'épaisseur du matériau magnétique atténue la perturbation électromagnétique dynamique de moyennes et hautes fréquences (> 10 kHz) par courants de Foucault et la perturbation magnétique statique par déviation de l'induction magnétique dans le plan de la tôle ferromagnétique. 5 Les lignes de champ magnétique orientées selon l'axe de l'arbre du rotor sont déviées dans l'épaisseur de la plaque de manière axisymétrique, vers le bord épaissi de la première plaque. Seule une faible quantité du champ magnétique est transmise au travers de la première plaque. 10 Dans une configuration particulière de l'invention, le bord est arrondi convexe ayant de préférence un rayon de courbure égal à environ deux fois l'épaisseur de la paroi de la première plaque. Cet agencement particulier permet une bonne déviation des lignes de champ magnétique dans l'épaisseur de la paroi de la plaque puis dans le bord épaissi dont la 15 forme convexe permet une bonne répartition des lignes de champ dans plusieurs directions sensiblement normales au bord convexe. La forme connexe réalisée à l'extrémité de la plaque assure deux fonctions. La première permet d'adoucir la discontinuité en sortie de plaque, passage d'un milieu magnétique qu'est la plaque à un milieu non 20 magnétique qu'est l'air, et ainsi éviter les inhomogénéités d'induction magnétique au bord des plaques nuisant à l'éparpillement souhaités des perturbations magnétiques loin des zones sensibles pour le capteur de position. La seconde consiste à favoriser l'éparpillement des lignes de champ magnétique loin de la zone sensible où il est nécessaire d'annuler 25 les perturbations magnétiques c'est à dire l'environnement proche du capteur magnétique de position. Dans une réalisation particulière de l'invention, la paroi de la première plaque a la forme d'un disque entouré par le bord épaissi circulaire. 30 Préférentiellement, la seconde plaque comprend au moins deux fentes diamétralement opposées l'une de l'autre par rapport à l'axe du 3059173 5 rotor, les bords des fentes étant agencés relativement aux bords de la seconde plaque de manière à assurer une diffraction du champ électromagnétique émis par la machine électrique. Dans une configuration préférée de l'invention, les moyens de 5 détection électromagnétique étant agencés à une distance D des dents statoriques et rotoriques, une de la première et seconde plaques est espacée des moyens de détection d'une distance D/3 et l'autre de la première et seconde plaques est espacée des moyens de détection d'une distance 2D/3. 10 L'invention concerne également un compresseur électrique de suralimentation pour véhicule automobile, comportant une roue de compression et une machine électrique selon l'invention, pour entraîner la roue de compression en rotation. Elle concerne encore un véhicule automobile comprenant un tel 15 compresseur électrique. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : 20 - la figure 1, décrite précédemment, est une vue schématique en perspective d'un compresseur électrique de suralimentation pour véhicule automobile ; - la figure 2 est une représentation schématique d'une machine électrique selon l'invention ; 25 - la figure 3 est une représentation schématique d'une réalisation particulière de l'invention ; la figure 4 est une vue schématique de la première plaque des moyens de blindage électromagnétique selon l'invention ; la figure 5 est une représentation schématique de la seconde plaque 30 des moyens de blindage électromagnétique selon l'invention ; 3059173 6 - La figure 6 est une représentation schématique d'un positionnement des ouvertures de la seconde plaque selon l'invention. On se réfère maintenant à la figure 2 qui représente de manière schématique une partie seulement d'une machine électrique selon 5 l'invention comprenant l'arbre 16 de la machine électrique 28 portant des dents rotoriques 18 coopérant en fonctionnement avec des dents statoriques 20 du stator comme cela a été expliqué précédemment en référence à la figure 1. Pour éviter que le champ magnétique créé par la machine 10 électrique 26 en fonctionnement n'impacte les moyens de détection 30, l'invention propose de disposer axialement, c'est-à-dire le long de l'axe 32 de l'arbre 16, des moyens de blindage électromagnétique 34 ou moyens de de protection/isolation magnétique entre les moyens de détection électromagnétique 30 et les dents statoriques 20 ou rotoriques 18. Les 15 moyens de détection magnétique 30 peuvent être des sondes à effet Hall dont le fonctionnement et la mise à en oeuvre est bien connue de l'état de la technique. Les moyens de blindage 34 comprennent une première plaque 34a et une seconde plaque 34b, chacune réalisée en matériau 20 ferromagnétique, tel que de l'acier magnétique au carbone de faible perméabilité magnétique relative (200-500) à des acier Fer-silicium de forte perméabilité magnétique relative (5000-100000). Plus la perméabilité est élevée, moins l'épaisseur de matériau est nécessaire. Le calcul entre l'épaisseur et la perméabilité est réalisé en fonction des fréquences des 25 perturbations à atténuer et avec le paramètre d'épaisseur de peau provenant de la diffusion de l'induction magnétique dans la matière. L'épaisseur du matériau magnétique atténue la perturbation électromagnétique dynamique de moyennes et hautes fréquences (> 10 kHz) par courants de Foucault et la perturbation magnétique statique par 30 déviation de l'induction magnétique dans le plan de la tôle ferromagnétique. Ainsi que le pourquoi des fentes de la seconde tôle ferromagnétique, c'est 3059173 7 à dire favoriser le phénomène de diffraction des perturbations électromagnétiques toutes fréquence confondues. La première plaque 34a et la deuxième plaque 34b sont agencées axialement, c'est-à-dire le long de l'axe 32 de l'arbre 16, de 5 manière à être espacées l'une de l'autre. La première plaque 34a est une plaque pleine, c'est-à-dire sans ouverture alors que la seconde plaque 34b est une plaque comprenant des ouvertures. Les première 34a et seconde 34b plaques sont chacune pourvues d'un orifice 36 centrale permettant l'insertion des plaques 34a, 34b autour de l'arbre 16. Ainsi, on comprend 10 que la première plaque 34a est dépourvue d'ouverture, exception faite de l'orifice précité autorisant le montage de la première plaque 34a autour de l'arbre 16. Dans une réalisation particulière de l'invention, la première plaque 34a et la seconde plaque 34b sont sensiblement planes. Lorsque 15 les moyens de détection électromagnétique 30 sont agencés à une distance D des dents statoriques 20 et rotoriques 18 de la machine électrique 28, la seconde plaque 34b est agencée à une distance D/3 des moyens de détection 30 et la première plaque 34a est agencée à une distance 2D/3 des moyens de détection 30. 20 La première plaque 34a et la seconde plaque 34b peuvent être indifféremment agencées au plus près des moyens de détection électromagnétique 30 de sorte que la configuration décrite en relation avec la figure 3 peut être réalisée avec la première plaque 34a agencée à la place de la seconde plaque 34b et inversement. 25 La première plaque 34a est représentée en figure 4 et est formée par une paroi 38 sensiblement plane d'épaisseur E uniforme dont la périphérie est reliée à un bord 40 épaissi de la plaque 34a. Ce bord 40 épaissi comprend, dans cette réalisation, une face périphérique 42 qui est incurvée convexe avec un rayon de courbure égal à environ deux fois 30 l'épaisseur E de la paroi 38 de la plaque 34a. L'épaisseur E du bord 40 épaissi, mesurée dans une direction perpendiculaire à la paroi 38 de la 3059173 8 première plaque 34a, est d'environ trois fois l'épaisseur E de ladite paroi 38 de la plaque 34a. En fonctionnement, la première plaque 34a permet de réorienter les lignes de champ s'étendant selon l'axe 32 de l'arbre 16 dans l'épaisseur E de la première plaque 34a puis le champ magnétique est 5 diffusé dans l'épaisseur du bord 40 épaissi de la première plaque 34a. Cette première plaque 34a permet ainsi de dévier une partie importante du champ magnétique statique. La seconde plaque 34b est représentée en figure 5 et comprend deux ouvertures 44 agencées de manière symétrique l'une par rapport à 10 l'autre par rapport à l'orifice 36 de passage de l'arbre 16 du rotor. Les ouvertures 44 ont une forme allongée selon une direction 46 passant par l'axe de l'arbre 16 et sensiblement perpendiculaire à cet axe 32. Plus précisément, la forme des ouvertures 44 est rectangulaire. Pour garantir un effet de diffraction du champ magnétique, les 15 ouvertures 44 peuvent être positionnées de manière particulière par rapport aux bords des ouvertures. Ainsi, pour une seconde plaque 34b présentant deux fentes 44a rectangulaires et une seconde plaque 34b dont la forme est également rectangulaire de largeur a et de longueur b, la première fente 44a et la seconde fente 44b ont une largeur a/4 et de longueur b/4 et sont 20 centrées de manière à ce que le centre de chaque fente 44a, 44b soit positionné à a/2 des bords longs 46de la seconde plaque et à b/4 du bord court 48 le plus près. Les fentes de la seconde plaque ferromagnétique, favorise le phénomène de diffraction des perturbations électromagnétiques toutes 25 fréquences confondues. REVENDICATIONS1. Machine électrique (28), notamment pour compresseur électrique de suralimentation dans un véhicule automobile, comprenant un arbre (16) de rotor et un stator portant des dents rotoriques (18) et statoriques (20), respectivement, et des moyens de détection électromagnétique (30) de la position angulaire de l'arbre (16) du rotor, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de blindage électromagnétique (34) entourant l'arbre (16) et intercalés le long de l'arbre (16) entre les moyens de détection électromagnétique (30) et les dents rotoriques (18) et statoriques (20) de la machine électrique (14). 2. Machine électrique selon la revendication 1, dans laquelle les moyens de blindage électromagnétique (34) comprennent au moins deux plaques (34a, 34b) réalisées en matériau ferromagnétique agencées autour de l'axe (32) de l'arbre (16) et espacées axialement l'une de l'autre, une première plaque (34a) étant dépourvue d'ouvertures et une seconde plaque (34b) comprenant au moins une ouverture. 3. Machine électrique selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la première plaque (34a) est formée d'une paroi (38) d'épaisseur sensiblement uniforme raccordée à sa périphérie à un bord (40) épaissi présentant une épaisseur égale à environ trois fois l'épaisseur de la paroi (38). 4. Machine électrique selon la revendication 3, dans laquelle le bord (40) est arrondi convexe avec un rayon de courbure égal à environ deux fois l'épaisseur (E) de la paroi (38) de la première plaque (34a). 5. Machine électrique selon la revendication 3 ou 4, dans laquelle la paroi de la première plaque (34a) a la forme d'un disque entouré par le bord (40) épaissi circulaire. 6. Machine électrique selon l'une des revendications 2 à 5, dans laquelle la seconde plaque (34b) comprend au moins deux fentes (44a, 44b) ) diamétralement opposées l'une de l'autre par rapport à l'axe (32) du 3059173 10 rotor, les bords des fentes (44a, 44b) étant agencés relativement aux bords de la seconde plaque (34b) de manière à assurer une diffraction du champ électromagnétique émis par la machine électrique. 7. Machine électrique selon l'une des revendications 2 à 6, dans 5 laquelle les moyens de détection électromagnétique (30) étant agencés à une distance D des dents statoriques (20) et rotoriques (18), une de la première (34a) et seconde (34b) plaques est espacée des moyens de détection d'une distance D/3 et l'autre de la première et seconde plaques est espacée des moyens de détection (30) d'une distance 2D/3. 10 8. Compresseur électrique de suralimentation pour véhicule automobile, comportant une roue (12) de compression et une machine électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, pour entraîner la roue (12) de compression en rotation. 9. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un 15 compresseur selon la revendication 8.