Brevet FR3108807A1 — publié le 20211001

Machine électrique (1), du type sans balai, rotative selon un axe (A), comprenant un rotor (2) équipé d’un jeu d’aimants permanents (4) et un stator (3) équipé d’un jeu d’enroulements statoriques (5), le jeu d’aimants permanents (4) étant axialement engagé en regard du jeu d’enroulements statoriques (5) selon une longueur d’engagement (L), comprenant encore un moyen de réglage de la longueur d’engagement (L). Figure d’abrégé : Figure 2 Machine électrique sans balai à FEM variable L’invention concerne le domaine des machines électriques sans balai. Il est connu parmi les machines électriques, pouvant être utilisées en tant que moteur ou en tant que générateur, la machine électrique sans balai ou « brushless » en anglais ou encore BLDC. Une telle machine est plus précisément dénommée machine synchrone auto-pilotée à aimants permanents. De manière connue, et telle qu’illustrée à la figure 1, une telle machine électrique 1 est rotative autour d’un axe A. Elle comprend un rotor 2 équipé d’un jeu d’aimants permanents 4 et un stator 3 équipé d’un jeu d’enroulements statoriques 5. Le jeu d’aimants permanents 4 comprend au moins une paire d’aimants disposés angulairement équirépartis à la circonférence du rotor 2 en alternant les polarités. Le jeu d’enroulements statoriques 5 comprends un nombre quelconque de bobines disposées angulairement équiréparties à la circonférence du stator 3, avec leur axe radial à l’axe A. Un contrôleur (non représenté) pilote les courant des bobines de manière à faire varier leur champ magnétique afin de maximiser à chaque instant l’orthogonalité entre le champ magnétique des aimants, constant mais tournant avec le rotor 2, et le champ magnétique des bobines, variable en intensité par pilotage. Un capteur de position angulaire (non représenté) permet au contrôleur de connaître la position angulaire relative des bobines par rapport aux aimants, afin d’adapter son pilotage. Pour qu’une telle machine électrique 1 fonctionne, le jeu d’aimants permanents 4 doit être axialement engagé en regard du jeu d’enroulements statoriques 5 selon une longueur d’engagement L. Une telle machine électrique 1 peut être utilisée comme moteur en fournissant au contrôleur un courant continu d’intensité proportionnelle à la vitesse. Elle peut encore être utilisée comme générateur lorsqu’entraînée par un couple mécanique. Elle produit alors un courant continu proportionnel à la vitesse de rotation. Aussi, selon une utilisation avantageuse, une telle machine électrique 1 est utilisée pour un véhicule hybride thermique/électrique. La machine électrique 1 peut être utilisée comme moteur pour la motricité en entraînant les roues, ou toujours comme moteur, pour démarrer le moteur thermique. Une fois le moteur thermique démarré, la machine électrique 1 est avantageusement entraînée par ce dernier et fonctionne alors comme générateur pour charger les batteries. Une fois que les batteries ont atteint leur charge, le générateur / la machine électrique 1 devient inutile. Afin de supprimer la production de courant, maintenant inutile, une solution pourrait être de désaccoupler la machine électrique 1. Il est encore connu de configurer le contrôleur de manière à déphaser ou « défluxer » le pilotage des enroulements statoriques. La force électromotrice de la machine électrique 1 étant proportionnelle à la dérivée de la phase, il est ainsi possible de régler la force électromotrice à une valeur souhaitée, par exemple nulle. Cependant ce contrôle en mode déphasage est contraignant en ce qu’il crée une importante puissance réactive, entraîne une chauffe importante du contrôleur et une perte par effet joule préjudiciable. Aussi il est recherché un autre moyen d’adapter les caractéristiques d’une machine électrique 1 sans balai, en fonction du besoin dicté par son profil d’utilisation. Afin de résoudre ce problème, le principe de l’invention consiste à régler mécaniquement la longueur d’engagement L. Pour cela, l’invention a pour objet une machine électrique, du type sans balai, rotative selon un axe, comprenant un rotor équipé d’un jeu d’aimants permanents et un stator équipé d’un jeu d’enroulements statoriques, le jeu d’aimants permanents étant axialement engagé en regard du jeu d’enroulements statoriques selon une longueur d’engagement, où la machine électrique comprend encore un moyen de réglage de la longueur d’engagement. Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont : - le moyen de réglage est apte à déplacer axialement le stator relativement au rotor ou le jeu d’enroulements statoriques relativement au reste du stator, - le moyen de réglage est apte à déplacer axialement le rotor relativement au stator ou le jeu d’aimants permanents relativement au reste du rotor, - le moyen de réglage comprend un actionneur rectiligne agissant axialement, tel un électro-aimant ou un vérin, - le moyen de réglage est apte à commander une position relative de longueur d’engagement maximale, - le moyen de réglage est apte à commander une position relative de longueur d’engagement nulle, - le moyen de réglage est proportionnel de manière à être apte à commander une position relative de longueur d’engagement et donc une force électromotrice donnée, - le moyen de réglage est apte à commander une force électromotrice égale à la tension du réseau. Dans un deuxième aspect de l’invention, un véhicule comprend une machine électrique selon l’un quelconque des modes de réalisation précédents. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d’exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles : déjà décrite, présente une machine électrique sans balai, présente la même machine électrique sans balai, après modification de la longueur d’engagement. Tel qu’illustré à la figure 1, la longueur d’engagement L est la longueur selon l’axe A où le jeu d’aimants permanents 4 est en regard du jeu d’enroulements statoriques 5. Une longueur d’engagement L importante confère à la machine électrique 1 une force électromotrice maximale et donc un couple maximal lors d’une utilisation moteur ou un courant de charge maximal lors d’une utilisation en générateur. Aussi une machine électrique sans balai selon l’art antérieur, telle que précédemment décrite, est généralement conçue pour optimiser l’engagement L. Une machine électrique 1 selon l’invention est en tout point identique à une machine électrique selon l’art antérieur. Une machine électrique 1 selon l’invention, du type sans balai, rotative selon un axe A, comprend un rotor 2 équipé d’un jeu d’aimants permanents 4 et un stator 3 équipé d’un jeu d’enroulements statoriques 5, le jeu d’aimants permanents 4 étant axialement engagé en regard du jeu d’enroulements statoriques 5 selon une longueur d’engagement L. Elle permet de reproduire une configuration où l’engagement L est maximum, telle qu’illustrée à la figure 1. Cependant, selon une caractéristique avantageuse de l’invention, une machine électrique 1 selon l’invention comprend encore un moyen de réglage de la longueur d’engagement L. Il apparaît à l’homme du métier qu’une modification de la longueur d’engagement L permet de faire varier la force électromotrice de la machine électrique 1. Ceci permet avantageusement de l’adapter au profil d’utilisation souhaité : une force électromotrice importante, voire maximale, lors d’une utilisation en moteur, dans les phases propulsive ou de démarrage du moteur thermique, une force électromotrice importante, ou du moins adaptée à la capacité, lors d’une utilisation en générateur, dans les phases de charge des batteries et une force électromotrice faible, voire nulle, dans les phases où la machine électrique 1 est inutile et où il convient de minorer son effet résistant sur la chaîne de transmission. L’optimisation de la capacité d’une machine électrique 1 conduit habituellement à maximiser la longueur d’engagement L. Aussi cette caractéristique de l’invention, qui permet principalement de réduire la longueur d’engagement L est contre-intuitive et n’est pas évidente pour l’homme du métier. La réduction de la longueur d’engagement L, en ce qu’elle réduit la force électromotrice, et offre ainsi une alternative au déphasage, permet, dans les modes où la machine électrique 1 est utilisée en générateur, de réduire les pertes dans le contrôleur. La non-utilisation du contrôleur en mode déphasage permet encore de simplifier la topologie du contrôleur, de réduire son dimensionnement et ainsi avantageusement son coût et son encombrement. Le moyen de réglage peut agir de différentes manières. L’objectif est de réaliser un déplacement relatif, préférentiellement selon l’axe A, du jeu d’aimants permanents 4 par rapport au jeu d’enroulements statoriques 5. Selon une autre caractéristique, le moyen de réglage agit sur le stator 3. Aussi, le moyen de réglage est conformé pour déplacer axialement le stator 3, tandis que le rotor 2 reste fixe. Alternativement, le moyen de réglage peut être conformé pour déplacer le jeu d’enroulements statoriques 5 relativement au reste du stator 3, la position axiale du rotor 2 par rapport au stator 3 restant inchangée. Ces deux actions déplacent le jeu d’aimants permanents 4 par rapport au jeu d’enroulements statoriques 5. Selon une autre caractéristique, préférée en ce qu’elle est généralement plus simple à mettre en œuvre, le moyen de réglage agit sur le rotor 2. Aussi, selon une autre caractéristique, le moyen de réglage est conformé pour déplacer axialement le rotor 2, tandis que le stator 3 reste fixe. Alternativement, selon un mode de réalisation préféré, le moyen de réglage est conformé pour déplacer axialement le jeu d’aimants permanents 4 relativement au reste du rotor 2, la position axiale du rotor 2 par rapport au stator 3 restant inchangée. Ces deux actions déplacent le jeu d’aimants permanents 4 par rapport au jeu d’enroulements statoriques 5. Il est encore possible de combiner une action sur le stator 3 avec une action sur le rotor 2. La figure 2 montre une configuration de la machine électrique 1 de la figure 1, où le jeu d’aimants permanents 4 a été translaté relativement au reste du rotor 2. Ce déplacement réduit en conséquence la longueur d’engagement L, ici sensiblement de moitié. A partir des enseignements précédents, l’homme du métier sait mettre en œuvre le moyen de réglage. Le moyen de réglage est tout moyen apte à réaliser un déplacement relatif en translation selon une direction confondue avec l’axe A. Ce déplacement peut être réalisé manuellement. Cependant afin de faciliter un pilotage in situ, alors que la machine électrique 1 est en fonctionnement, il est préféré un dispositif commandable. Aussi selon une autre caractéristique, le moyen de réglage comprend un actionneur rectiligne agissant axialement. Un tel actionneur peut être un électro-aimant ou un vérin de tout type : pneumatique, hydraulique, vis à billes, etc. Selon une autre caractéristique, le moyen de réglage est conformé pour réaliser une position relative où la longueur d’engagement L est maximale. Cette configuration permet d’obtenir une force électromotrice maximale et d’utiliser la machine électrique 1 à pleine capacité. Selon une autre caractéristique, le moyen de réglage est conformé pour réaliser une position relative où la longueur d’engagement L est nulle. Dans une telle configuration le jeu d’aimants permanents 4 est totalement dégagé du jeu d’enroulements statoriques 5. Cette configuration permet d’obtenir une force électromotrice nulle et de réduire l’impact négatif de la machine électrique 1 sur la chaîne électrique et ou sur la chaîne mécanique. Si l’on se contente de deux positions relatives, de longueurs d’engagement L différentes, par exemple, mais pas nécessairement, des positions extrêmes, le moyen de réglage peut comprendre un actionneur bistable commandé par une commande tout ou rien. Selon une autre caractéristique avantageuse, le moyen de réglage est proportionnel. Ceci permet de réaliser une position relative où la longueur d’engagement L est réglable de manière continue, selon une valeur donnée, permettant d’obtenir une valeur de force électromotrice donnée. Ceci permet d’adapter la machine électrique 1, en fonction de son profil d’utilisation et des conditions environnantes mécaniques et/ou électriques. Ainsi, selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse, le moyen de réglage peut être apte à commander une force électromotrice égale à la tension du réseau. Ceci peut être réaliser de manière asservie, le moyen de réglage comprenant un moyen de mesure de la tension du réseau. Ceci permet d’annuler le courant entre la machine électrique 1 et le réseau. La machine électrique 1 se comportant alors comme un moteur sans couple. Ceci permet de rendre la machine électrique 1 transparente tant électriquement que mécaniquement. Le fait de modifier la force électromotrice de la machine électrique 1 en fonctionnement permet encore, en fonctionnement moteur, de réaliser une survitesse, qui peut présenter un intérêt pour certaines applications. L’invention concerne encore un véhicule comprenant une telle machine électrique 1. L’invention a été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la description précédente. Celle-ci doit être considérée comme illustrative et donnée à titre d’exemple et non comme limitant l’invention à cette seule description. De nombreuses variantes de réalisation sont possibles. 1 : machine électrique, 2 : rotor, 3 : stator, 4 : jeu d’aimants permanents, 5 : jeu d’enroulements statoriques, A : axe de rotation, L : longueur d’engagement. Machine électrique (1), du type sans balai, rotative selon un axe (A), comprenant un rotor (2) équipé d’un jeu d’aimants permanents (4) et un stator (3) équipé d’un jeu d’enroulements statoriques (5), le jeu d’aimants permanents (4) étant axialement engagé en regard du jeu d’enroulements statoriques (5) selon une longueur d’engagement (L), caractérisé en ce qu’elle comprend encore un moyen de réglage de la longueur d’engagement (L). Machine électrique (1) selon la revendication précédente, où le moyen de réglage est apte à déplacer axialement le stator (3) relativement au rotor (2) ou le jeu d’enroulements statoriques (5) relativement au reste du stator (3). Machine électrique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où le moyen de réglage est apte à déplacer axialement le rotor (2) relativement au stator (3) ou le jeu d’aimants permanents (4) relativement au reste du rotor (2). Machine électrique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où le moyen de réglage comprend un actionneur rectiligne agissant axialement, tel un électro-aimant ou un vérin. Machine électrique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où le moyen de réglage est apte à commander une position relative de longueur d’engagement (L) maximale. Machine électrique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où le moyen de réglage est apte à commander une position relative de longueur d’engagement (L) nulle. Machine électrique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où le moyen de réglage est proportionnel de manière à être apte à commander une position relative de longueur d’engagement (L) et donc une force électromotrice donnée. Machine électrique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où le moyen de réglage est apte à commander une force électromotrice égale à la tension du réseau. Véhicule comprenant une machine électrique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes.