Brevet FR3051295A1 — publié le 20171117

MACHIN: ÉLECTRIQUE TOURNANTE À PUISSANCE AUGMENTÉE La présente invention porte sur une machine électrique tournante à puissance augmentée. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse avec les machines électriques à basse tension, c'est-à-dire avec les machines électriques fonctionnant à une tension inférieure à 60 Volts. La machine électrique est destinée à être utilisée dans un véhicule automobile, notamment de type hybride. De façon connue en soi, les machines électriques tournantes comportent un stator et un rotor solidaire d'un arbre. Le rotor pourra être solidaire d'un arbre io menant et/ou mené et pourra appartenir à une machine électrique tournante sous la forme d'un alternateur, d'un moteur électrique, ou d'une machine réversible pouvant fonctionner dans les deux modes. Le rotor comporte un corps formé par un empilage de feuilles de tôles maintenues sous forme de paquet au moyen d'un système de fixation 15 adapté. Le rotor comporte des pôles formés par exemple par des aimants permanents logés dans des cavités ménagées dans le corps. Le stator est monté dans un carter configuré pour porter à rotation l'arbre par l'intermédiaire de roulements. Le stator comporte un corps muni d'une pluralité de dents définissant des d'encoches, et un bobinage inséré dans les 20 encoches du stator. Le bobinage est obtenu par exemple à partir de fils continus recouverts d'émail ou à partir d'éléments conducteurs en forme d'épingles reliées entre elles par soudage. Alternativement, les phases de la machine sont formées à partir de bobines individuelles enroulées chacune autour d'une dent statorique. 25 Afin d'assurer la commande de la machine électrique tournante, un module de contrôle interagissant avec le calculateur moteur est en relation avec des bras de pont. Ces bras de pont intègrent des éléments redresseurs prenant généralement la forme de transistors MOS reliés aux différentes phases de la machine. La commande des bras de pont est effectuée notamment en 30 fonction de la température du stator, de la position et de la vitesse du rotor, ainsi que de paramètres de fonctionnement du moteur thermique retournés 3051295 2 par le calculateur moteur. Les bras de pont peuvent fonctionner en mode onduleur ou en mode redresseur de tension. Classiquement, la puissance d'une machine électrique basse tension alimentée par la batterie d'un véhicule automobile est de l'ordre de 15kW. 5 Afin d'augmenter cette puissance, il est connu de redimensionner les bras de pont pour pouvoir supporter l'augmentation de l'intensité du courant circulant dans la machine. Cela pose toutefois des problèmes de coûts liés au développement de modules spécifiques ainsi que des problèmes d'intégration du bloc électronique du fait de leur encombrement important. Io L'invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant une machine électrique tournante pour véhicule automobile, notamment de type hybride, fonctionnant à une tension inférieure à 60 Volts comportant: - un stator ayant un corps muni d'encoches et un bobinage polyphasé formé par une pluralité de bobines insérées dans lesdites encoches, 15 caractérisée en ce que ladite machine électrique tournante comporte douze bras de pont formés chacun par deux interrupteurs commandés électriquement, lesdits bras de pont connectés auxdites bobines étant commandés par un module de contrôle. L'invention permet ainsi, en augmentant le nombre de bras de pont par 20 rapport à une configuration classique, de faciliter l'intégration du système tout en permettant à la machine électrique de supporter l'augmentation de l'intensité du courant liée à l'augmentation de sa puissance. L'invention présente également un intérêt économique en autorisant l'utilisation de bras de pont standards facilitant la fabrication et la maintenance de la machine 25 électrique. Selon une réalisation, chaque encoche contient des bobines associées à deux bras de pont différents. Selon une réalisation, ledit bobinage est un bobinage triphasé de type concentré. 30 Selon une réalisation, chaque bras de pont est associé à un quart de phase. 3051295 3 Selon une réalisation, le nombre d'encoche par pôle et par phase est égal à 0.5. Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante comporte 4 paires de pôles et un corps de stator à 12 dents. 5 Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante comporte 8 paires de pôles et un corps de stator à 24 dents. Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante comporte 12 paires de pôles et un corps de stator à 36 dents. Selon une réalisation, ledit bobinage est de type ondulé et est constitué de Io deux systèmes triphasés. Selon une réalisation, lesdits deux systèmes triphasés sont décalés entre eux d'un angle électrique compris entre 0 et 60 degrés exclu. Selon une réalisation, chaque bras de pont est associé à une demi-phase. Selon une réalisation, chaque portion de phase est constituée par un 15 ensemble de bobines branchées électriquement en série ou en parallèle. Selon une réalisation, les phases sont couplées en triangle ou en étoile. Selon une réalisation, une longueur dudit corps de stator est supérieure à la moitié d'un rayon extérieur dudit corps de stator. Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante est de type 20 synchrone. Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante comporte un rotor à aimants permanents. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à 25 titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. La figure 1 montre une vue en coupe partielle d'une machine électrique tournante selon la présente invention à bobinage concentré; 3051295 4 La figure 2 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation d'un bras de pont utilisé dans la machine électrique tournante selon la présente invention; La figure 3 montre un schéma électrique d'un bobinage triphasé de type 5 concentré selon l'invention; La figure 4 montre un schéma électrique d'un bobinage formé de deux systèmes triphasés de type ondulé selon l'invention; La figure 5 est une représentation schématique en coupe d'une partie d'un bobinage ondulé de la machine électrique tournante selon l'invention. Io Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. La figure 1 montre une machine électrique tournante 10 comportant un rotor 11 d'axe X destiné à être monté sur un arbre 12. Un stator bobiné 15 polyphasé entoure le rotor 11 avec présence d'un entrefer entre la périphérie 15 externe du rotor 11 et la périphérie interne du stator 15. Ce stator 15 est fixé sur un carter (non représenté) configure pour porter à rotation l'arbre 12 via des roulements à billes et/ou à aiguilles. Avantageusement, la machine électrique tournante 10 est de type synchrone et présente une puissance comprise entre 25 et 30 kW. 20 Plus précisément, le rotor 11 comporte un corps 16 formé par un empilement axial de tôles planes afin de diminuer les courants de Foucault. Le corps de rotor 16 est réalisé en matière ferromagnétique. Le rotor 11 comporte des cavités 17 destinées à recevoir des aimants permanents 18 formant des pôles magnétiques. 25 Les aimants 18 sont de préférence réalisés en ferrite. En variante, les aimants 18 pourront toutefois être réalisés en terre rare selon les applications et la puissance recherchée de la machine 10. En variante, les aimants 18 peuvent être de nuance différente pour réduire les coûts. Par exemple, dans chaque cavité 17, on associe un aimant 18 en ferrite et un aimant 18 en terre 30 rare plus puissant mais plus coûteux. Certaines cavités 17 pourront également être laissées vides en fonction de la puissance recherchée de la 3051295 5 machine. Le rotor 11 pourra être à concentration de flux, c'est-à-dire que les faces latérales en vis-à-vis des aimants 18 situés dans deux cavités 17 consécutives sont de même polarité. Par ailleurs, le stator 15 comporte un corps 21 et un bobinage 25. Le corps 5 de stator 21 consiste en un empilement axial de tôles planes. Le corps de stator 21 comporte des dents 22 réparties angulairement de manière régulière sur une périphérie interne d'une culasse 24. Ces dents 22 délimitent des encoches 23, de telle façon que chaque encoche 23 est délimitée par deux dents 22 successives. Les encoches 23 débouchent axialement dans les faces d'extrémité axiales du corps de stator 21. Les encoches 23 sont également ouvertes radialement vers l'intérieur du corps de stator 21. Le stator 15 pourra être muni de pieds de dent 26 du côté des extrémités libres des dents 22. Chaque pied de dent 26 s'étend circonférentiellement de part et d'autre d'une dent correspondante. La machine électrique tournante 10 présente de préférence une configuration allongée, c'est à dire qu'une longueur du corps de stator 21 est supérieure à la moitié du rayon extérieur dudit corps de stator 21. Pour obtenir un bobinage 25 de type concentré, plusieurs phases A, B, C sont formées par des bobines 27 enroulées chacune autour d'une dent 22. Chaque bobine 27 est formée à partir à partir d'un fil électriquement conducteur recouvert d'une couche de matériau électriquement isolant tel que de l'émail. Dans un exemple de réalisation, un isolant de bobine pourra être intercalé entre chaque bobine et la dent correspondante. Avantageusement, le nombre d'encoche par pôle et par phase est égal à 0.5 (ou spp=0.5 pour "Slot per Pole per Phase"). Ainsi, comme cela est représenté sur la figure 3, pour une machine électrique triphasée à 4 paires de pôles, le corps de stator 21 comporte 12 dents et donc 12 bobines référencées 27. Conformément à l'invention, chaque bobine 27 est associée à un bras de pont P1-P12 formé de deux interrupteurs commandés 31. Les bras de pont P1-P12 connectés aux bobines 27 sont commandés par un module de contrôle 30. Comme cela est illustré par la figure 2, chaque interrupteur 31 pourra être constitué par un transistor de puissance, par exemple de type MOS, associé de préférence à une diode de roue libre 32. 3051295 6 La tension d'alimentation correspondant à la tension de la batterie Batt est comprise entre 48Volts et 52Volts. Ainsi, pour la phase A, chaque bobine 27 est associée à un bras de pont Pl-P4. Pour la phase B, chaque bobine 27 est associée à un bras de pont P5- 5 P8. Pour la phase C, chaque bobine 27 est associée à un bras de pont P9- P12. En variante, pour une machine électrique triphasée à 8 paires de pôles, le corps de stator 21 comporte 24 dents, et donc 24 bobines. Deux bobines sont alors associées à chaque bras de pont P1-P12. Pour faciliter la 10 compréhension, on a représenté en pointillé uniquement la bobine supplémentaire 27' associée au bras Pi, mais le montage à deux bobines parallèles 27 et 27' est valable pour l'ensemble des bras de pont Pl-P12. En variante, pour une machine électrique triphasée à 12 paires de pôles, le corps de stator 21 comporte 36 dents et donc 36 bobines. Trois bobines sont 15 alors associées à chaque bras de pont P1-P12. Pour faciliter la compréhension, on a représenté en pointillé uniquement les bobines supplémentaires 27', 27" associées au bras Pi, mais le montage à trois bobines parallèles 27, 27', 27" est valable pour l'ensemble des bras de pont Pl-P12. 20 Dans tous les cas, chaque bras de pont P1 -P12 est associé à un quart de phase. Les trois phases A, B, C sont couplées en étoile en étant reliées électriquement à un point neutre N. En variante, les phases A, B, C pourront être couplées en triangle. 25 Dans le mode de réalisation des figures 4 et 5, le bobinage 25 est de type ondulé et constitué de deux systèmes triphasés Ai, Bi, Cl et A2, B2, C2. Les deux systèmes triphasés Ai, Bi, Cl et A2, B2, C2 sont décalés entre eux d'un angle électrique a compris avantageusement entre 0 et 60 degrés exclu. Le bobinage 25 de chaque système triphasé Ai, Bi, Cl et A2, B2, 02 30 pourra être réalisé à partir d'un fil continu formant des ondulations à l'intérieur 3051295 7 des encoches 23 du stator 15 ou à partir d'épingles reliées électriquement entre elles par soudure. Chaque bras de pont Pl-P12 est alors associé à une demi-phase constituée par un ensemble de bobines 27 branchées électriquement en série ou en 5 parallèle. Dans le cas d'un couplage en étoile, les deux systèmes triphasés Ai, Bi, Cl et A2, B2, C2 présentent des points neutres Ni, N2 distincts sans liaison électrique entre ces points neutres Ni, N2. En variante, les deux systèmes triphasés Ai, Bi, Cl et A2, B2, C2 pourront être couplés en triangle. 10 Il est à noter que dans tous les modes de réalisation, chaque encoche 23 contient des bobines 27 associées à deux bras de pont Pl-P12 différents. En effet, pour le bobinage 25 concentré, chaque encoche 23 contient deux demi-bobines 27 implantées dans une même encoche. Dans le cas d'un bobinage 25 ondulé réalisé à partir d'un fil continu ou d'épingle tel que 15 montré sur la figure 5, chaque encoche 23 pourra comporter par exemple des bobines 27 associées à deux demi-phases. Les conducteurs hachurés 33 formant une bobine appartiennent ainsi à la même demi-phase, tandis que les conducteurs 33' formant une autre bobine appartiennent à une autre demi-phase. Une même encoche 23 pourra contenir des demi-phases d'une 20 même phase ou des demi-phases de phases différentes. Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents. En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de 25 réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. REVENDICATIONS1. Machine électrique tournante (10) pour véhicule automobile, notamment de type hybride, fonctionnant à une tension inférieure à 60 Volts comportant: - un stator (15) ayant un corps (21) muni d'encoches (23) et un bobinage (25) polyphasé formé par une pluralité de bobines (27) insérées dans lesdites encoches (23), caractérisée en ce que ladite machine électrique tournante (10) comporte douze bras de pont (P1-P12) formés chacun par deux interrupteurs (31) commandés électriquement, lesdits bras de pont (P1-P12) connectés auxdites bobines (27) étant commandés par un module de contrôle (30). 2. Machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque encoche (23) contient des bobines (27) associées à deux bras de pont (P1-P12) différents. 3. Machine électrique tournante selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit bobinage (25) est un bobinage triphasé de type concentré. 4. Machine électrique tournante selon la revendication 3, caractérisée en ce que chaque bras de pont (P1-P12) est associé à un quart de phase. 5. Machine électrique tournante selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que le nombre d'encoche par pôle et par phase (spp) est égal à 0.5. 6. Machine électrique tournante selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte 4 paires de pôles et un corps de stator (21) à 12 25 dents. 7. Machine électrique tournante selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte 8 paires de pôles et un corps de stator (21) à 24 dents. 8. Machine électrique tournante selon la revendication 5, caractérisée 3051295 9 en ce qu'elle comporte 12 paires de pôles et un corps de stator (21) à 36 dents. 9. Machine électrique tournante selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit bobinage (25) est de type ondulé et est constitué 5 de deux systèmes triphasés (Ai, Bi, Ci; A2, B2, C2). 10. Machine électrique tournante selon la revendication 9, caractérisée en ce que lesdits deux systèmes triphasés (Ai, Bi, Cl; A2, B2, C2) sont décalés entre eux d'un angle électrique (a) compris entre 0 et 60 degrés exclu. 10 11. Machine électrique tournante selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce que chaque bras de pont (P1-P12) est associé à une demi-phase. 12. Machine électrique tournante selon la revendication 4 ou 11, caractérisée en ce que chaque portion de phase est constituée par un 15 ensemble de bobines (27) branchées électriquement en série ou en parallèle. 13. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que les phases sont couplées en triangle ou en étoile. 20 14. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée en ce qu'une longueur dudit corps de stator (21) est supérieure à la moitié d'un rayon extérieur dudit corps de stator (21). 15. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisée en ce qu'elle est de type synchrone. 16. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisée en ce qu'elle comporte un rotor (11) à aimants permanents (18).