FR2459570A2 - Variable reluctance electrical machine - has individual closed loop magnetic circuits instead of poles using sequentially energised inductors with vectors orthogonal to machine axis - Google Patents

Abstract

The variable reluctance machine has a rotor (8) and a stator (1), one provided with angularly spaced inductors (2, 3, 4) and the other with at least one pole piece (9, 10). The inductors are coupled to a circuit for energising them in sequence, so that at any instant they are magnetically isolated from one another. The displacement of the rotor (8) follows the direction of the induction vectors which are themselves orthogonal to the axis of the machine. Pref. the circuit for sequentially energising the inductors includes at least one detector for monitoring the position of the pole piece(s) relative to the latter.

Description

La presente invention concerne des perfectionnements apportés à une machine électrique à réluctance variable, telle que décrite dans la demande française nO 78 19 343. Cette dernière révélait une machine du type constitué par : une partie fixe; une partie mobile; sur l'une de ces parties, des inducteurs et sur l'autre au moins une pièce polaire; et un circuit d'alimentation séquentielle desdits inducteurs, ces derniers étant à tout moment magnétiquement isolés l'un de l'autre quelles que soient la position de la pièce polaire et l'alimentation. La caractéristique principale de cette machine était que le déplacement de la pièce mobile s'effectuait dans la direction des vecteurs induction, eux-mémes orthogonaux à l'axe de la machine. The present invention relates to improvements made to an electric machine with variable reluctance, as described in the French application No. 78 19 343. The latter revealed a machine of the type consisting of: a fixed part; a moving part; on one of these parts, inductors and on the other at least one pole piece; and a sequential supply circuit of said inductors, the latter being magnetically isolated from each other at any time whatever the position of the pole piece and the power supply. The main characteristic of this machine was that the displacement of the moving part was effected in the direction of the induction vectors, themselves orthogonal to the axis of the machine.

La présente invention concerne une forme particulière de réalisation d'une telle machine ainsi qu'une alimentation perfectionnée pour celle-ci. The present invention relates to a particular embodiment of such a machine and an improved feed for it.

Partant d'une machine telle que définie ci-dessus, l'invention se caractérise en ce que ladite pièce fixe est un moyen à branches radiales régulièrement angulairement espacées, ce moyen étant calé sur un arbre fixe et les extrémités libres desdites branches portant chacune un inducteur, tandis que la partie mobile est réalisée sous forme d'un flasque monté à roulement libre sur ledit arbre, ce flasque comportant une gorge periphérique contenant des pièces polaires, cette gorge venant coiffer lesdits inducteurs. Starting from a machine as defined above, the invention is characterized in that said fixed part is a means with regularly spaced radial branches angularly spaced, this means being wedged on a fixed shaft and the free ends of said branches each bearing a inductor, while the movable portion is formed in the form of a flange mounted free-rolling on said shaft, this flange having a periphérique groove containing pole pieces, this groove capping said inductors.

Toujours selon l'invention, le circuit d'alimentation séquentielle comporte, par inducteur, un capteur de position de pièce polaire, un module de mesure du temps entre deux impulsions successives générées par ledit capteur, un générateur réglable d'un temps de référence, un module de comparaison des impulsions provenant du module de mesure et du générateur de référence, un module de modification de la durée de conduction en fonction du signal de sortie du module de comparaison et un amplificateur contrôlant l'alimentation dudit inducteur. Still according to the invention, the sequential power supply circuit comprises, by inductor, a pole piece position sensor, a module for measuring the time between two successive pulses generated by said sensor, an adjustable generator of a reference time, a module for comparing the pulses coming from the measurement module and from the reference generator, a module for modifying the conduction duration as a function of the output signal of the comparison module and an amplifier controlling the supply of said inductor.

Pour plus de clarté, un exemple de réalisation de 1 'inven- tion est décrit ci-après avec référence aux dessins annexés, dans lesquels
la figure 1 est une coupe axiale d'une machine selon l'invention;
la figure 2 montre, de face, un quart de la partie fixe, dite porte-bobines;
la figure 3 montre, en coupe, une bobine;
la figure 4 est une vue de face d'un quart de la partie mobile portant les pièces polaires;
la figure 5 représente schématiquement le circuit d'alimentation; et
la figure 6 représente schématiquement une variante d'exécution du circuit selon la figure 5.For the sake of clarity, an exemplary embodiment of the invention is described below with reference to the accompanying drawings, in which:
Figure 1 is an axial section of a machine according to the invention;
Figure 2 shows, from the front, a quarter of the fixed part, called coil holder;
Figure 3 shows, in section, a coil;
Figure 4 is a front view of a quarter of the movable part carrying the pole pieces;
Figure 5 schematically shows the power supply circuit; and
FIG. 6 diagrammatically represents an alternative embodiment of the circuit according to FIG. 5.

La machine selon la figure 1 comporte une partie fixe 1 réalisée en alliage léger et sous forme d'un moyen 2 (figure 2) à branches radiales 3, ce moyen étant calé sur un arbre fixe 4. The machine according to FIG. 1 comprises a fixed part 1 made of light alloy and in the form of a means 2 (FIG. 2) with radial branches 3, this means being wedged on a fixed shaft 4.

L'extrémité libre de chacune des branches 3 présente deux languettes 5 et 6 mutuellement parallèles, destinées à recevoir entre elles une bobine 7. Cette dernière comporte un noyau 8 à section carrée se terminant en chaque extrémité par une plaque rectangulaire, respectivement 9 et 10. Un bobinage 11 entoure le noyau 8 entre lesdites plaques 9 et 10 (figure 3). The free end of each of the branches 3 has two tongues 5 and 6 mutually parallel, intended to receive therebetween a coil 7. The latter comprises a core 8 of square section ending at each end by a rectangular plate, respectively 9 and 10 A coil 11 surrounds the core 8 between said plates 9 and 10 (Figure 3).

La partie mobile est constituée par un flasque 12 monté à rotation, à l'intervention d'un roulement 13, sur l'axe 4 Ce flasque 12 présente une gorge périphérique 14 de section substantiellement en U dont les branches 15 et 16, telles que vues à la figure 1, s'étendent parallèlement à l'axe de l'arbre 4. Lesdites branches 15 et 16 comportent des paires de surépaisseurs 17 et 18 régulièrement et angulairement espacées, constituant autant de pièces polaires. Entre deux pièces polaires successives, le fond de la gorge 14 est découpé en fenêtre 19 (figure 4). The movable part is constituted by a flange 12 rotatably mounted, by means of a bearing 13, on the axis 4. This flange 12 has a peripheral groove 14 of substantially U-shaped section whose branches 15 and 16, such as seen in Figure 1, extend parallel to the axis of the shaft 4. Said branches 15 and 16 comprise pairs of extra thicknesses 17 and 18 regularly and angularly spaced, constituting as many pole pieces. Between two successive pole pieces, the bottom of the groove 14 is cut into a window 19 (FIG. 4).

Les dimensions et l'agencement des éléments susdécrits sont tels que les bobines 8-11 sont engagées dans la gorge 14, tandis que la distance des surépaisseurs 17 et 18 aux bobines, lorsqu'elles sont mutuellement et radialement allignées, correspond à un entrefert usuel, c'est-à-dire une fraction de millimètre. The dimensions and the arrangement of the elements described above are such that the coils 8-11 are engaged in the groove 14, while the distance of the extra thicknesses 17 and 18 to the coils, when they are mutually and radially aligned, corresponds to a usual gap. that is to say a fraction of a millimeter.

Un deuxième flasque 20 en alliage léger, solidarisé au flasque 12, est monté sur l'axe 4 à l'intervention d'un roulement 21 et vient fermer l'arrière de la machine. A second flange 20 of light alloy, secured to the flange 12, is mounted on the shaft 4 by means of a bearing 21 and closes the rear of the machine.

Dans cette exemple de réalisation, la machine est destinée à constituer une roue motrice d'un caddy de golf. A cet effet, les flasques 12 et 21 sont ceints d'un pneu plein, schématisé en 22 à la figure 1. In this embodiment, the machine is intended to constitute a driving wheel of a golf caddy. For this purpose, the flanges 12 and 21 are girded with a solid tire, schematized at 22 in FIG.

L'alimentation de chaque bobine 8-11 est commandée par un capteur 23 (figure 5) détectant l'approche d'une pièce polaire 15, 16. I1 y a donc autant de capteurs que de bobines. Le signal du capteur aboutit à la bobine via un amplificateur de puissance 24. The supply of each coil 8-11 is controlled by a sensor 23 (FIG. 5) detecting the approach of a pole piece 15, 16. There are therefore as many sensors as there are coils. The signal from the sensor leads to the coil via a power amplifier 24.

Afin de réguler la vitesse et de permettre un fonctionnement à roue libre, on prévoit un module 25 de mesure du temps (T) entre deux impulsions successives émises par le capteur 23, ainsi qu'un module 26 générateur, de temps de référence (Tc). Les signaux provenant de 25 et 26 sont comparés dans un module 27 et le résultant est envoyé à un module 28 modifiant ou non la duree de conduction, en fonction du signal qu'il reçoit. In order to regulate the speed and to allow a free-wheel operation, a module 25 for measuring the time (T) between two successive pulses emitted by the sensor 23 is provided, as well as a generator module 26, with a reference time (Tc ). The signals from 25 and 26 are compared in a module 27 and the resultant is sent to a module 28, whether or not to change the conduction time, depending on the signal it receives.

Les modules 27 et 28 sont agencés de manière à remplir les fonctions suivantes (nT : durée de conduction ou d'alimentation de la bobine, avec n fixé par la géométrie de la machine)
- lorsque T-n T > Tc (démarrage), la durée de conduction est celle donnée par le capteur, soit nT;
- lorsque T-nT < Tc < T, la durée de conduction est modulée en fonction de T-Tc; on se trouve dans une zone de régulation de la

The modules 27 and 28 are arranged so as to fulfill the following functions (nT: duration of conduction or supply of the coil, with n fixed by the geometry of the machine)
when Tn T> Tc (start), the conduction duration is that given by the sensor, ie nT;
when T-nT <Tc <T, the conduction duration is modulated as a function of T-Tc; we are in a zone of regulation of the

- lorsque T ç Tc, suite à une action extérieure, le temps de conduction est nul et la machine fonctionne en roue libre. - When Tc Tc, following an external action, the conduction time is zero and the machine operates freewheel.

Si l'on utilise des bobines 8-11 à faible résistance ohmique, celles-ci pourraient absorber un couvrant prohibitif lors d'un démarrage ou d'un blocage de la machine. If 8-11 coils are used with low ohmic resistance, they could absorb a prohibitive covering when starting or blocking the machine.

Pour éviter celà, on limite la valeur moyenne du courant traversant les bobines à la valeur maximale de courant (Ic) tolérée en régime continu. A cet effet, on intègre en permanence les valeurs instantanées du courant traversant une bobine par rapport à la valeur de l'intégration un temps infiniment petit avant (valeur de courant moyen : Ii).  To avoid this, the average value of the current flowing through the coils is limited to the maximum value of current (Ic) tolerated in continuous mode. For this purpose, the instantaneous values of the current flowing through a coil with respect to the value of the integration are infinitely integrated for an infinitely small time before (average current value: Ii).

La comparaison de I et de Ii permet d'annuler le signal
c i à l'entrée de l'amplificateur 24 lorsque Ii > I
i c
Le schéma-bloc complet du circuit est donné à la figure 6.
The comparison of I and Ii makes it possible to cancel the signal
ci at the input of the amplifier 24 when Ii> I
ic
The complete block diagram of the circuit is given in Figure 6.

Les signaux provenant du capteur 23 et du circuit de régulation 25-28 sont envoyés à une porte ET à trois entrées 29, ainsi que ceux provenant d'un module de limitation 30, respectivement de sécurité. Ce dernier inclut de préférence une temporisation autorisant une surintensité durant un temps dont la durée est une fonction directe de l'écart entre la valeur moyenne du courant avant son apparition et la valeur maximale de courant tolérée en régime continu.The signals from the sensor 23 and the control circuit 25-28 are sent to an AND gate with three inputs 29, as well as those from a limitation module 30, respectively safety. The latter preferably includes a delay allowing an overcurrent during a time whose duration is a direct function of the difference between the average value of the current before its appearance and the maximum value of current in steady state.

I1 est évident que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'exemple décritci-dessus, sans pour autant sortir du cadre de l'invention.  It is obvious that many modifications can be made to the example described above, without departing from the scope of the invention.

Claims (7)

REVENDICATIONS.CLAIMS. 1.- Machine électrique à réluctance variable, du type con stitué par : une partie fixe; une partie mobile; sur l'une de ces parties, des inducteurs et sur l'autre, au moins une pièce polaire; et un circuit d'alimentation séquentielle desdits inducteurs, ces derniers étant à tout moment magnétiquement isolés l'un de l'autre quelles que soient la position de la pièce polaire et l'alimentatio:: machine dans laquelle le déplacement de la pièce mobile s'effectue dans la direction des vecteurs induction, eux-mêmes orthogonaux à l'axe de la machine, caractérisée en ce que ladite pièce fixe est un moyen à branches radiales régulièrement angulairement espacées, ce moyen étant calé sur un arbre fixe et les extrémités libres desdites branches portant chacune un inducteur, tandis que la partie mobile est réalisée sous forme d'un flasque monté à roulement libre sur ledit arbre, ce flasque comportant une gorge périphérique conte nant des pièces polaires, cette gorge venant coiffer lesdits inducteurs. 1.- Electric machine with variable reluctance, of the type con stituted by: a fixed part; a moving part; on one of these parts, inductors and on the other, at least one pole piece; and a sequential supply circuit of said inductors, the latter being magnetically isolated from each other at any moment, whatever the position of the pole piece and the feeding device in which the displacement of the moving part is in the direction of the induction vectors, themselves orthogonal to the axis of the machine, characterized in that said fixed part is a means with regularly spaced radial branches angularly spaced, this means being wedged on a fixed shaft and the free ends said branches each carrying an inductor, while the movable portion is in the form of a flange mounted free-rolling on said shaft, this flange having a peripheral groove containing polar parts, this groove capping said inductors. 2.- Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite gorge périphérique présente une section substantiellemen en U dont les branches s'étendent parallèlement à l'axe dudit arbre 2. Machine according to claim 1, characterized in that said peripheral groove has a substantially U-shaped section whose branches extend parallel to the axis of said shaft 3.- Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que lesdites pièces polaires sont constituées chacune par une paire de surépaisseurs prévues sur les branches de ladite gorge. 3.- Machine according to claim 2, characterized in that said pole pieces are each constituted by a pair of thicknesses provided on the branches of said groove. 4.- Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que le fond de ladite gorge est pourvu d'une pluralité de fenêtres, chacune située entre deux paires de surépaisseurs voisines. 4. Machine according to claim 3, characterized in that the bottom of said groove is provided with a plurality of windows, each located between two pairs of adjacent thicknesses. 5.- Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le circuit d'alimentation séquentielle comporte, par inducteur, un capteur de position de pièce polaire, un module de mesure du temps entre deux impulsions successives générées par ledit capteur, un générateur réglable d'un temps de référence, un module de comparaison des impulsions provenant du module de mesure et du générateur de référence, un module de modification de la durée de conduction en fonction du signal de sortie du module de comparaison et un amplificateur contrôlant l'alimentation dudit inducteur. 5. Machine according to claim 1, characterized in that the sequential power supply circuit comprises, by inductor, a pole piece position sensor, a module for measuring the time between two successive pulses generated by said sensor, an adjustable generator. a reference time, a module for comparing the pulses coming from the measurement module and the reference generator, a module for modifying the conduction duration as a function of the output signal of the comparison module and an amplifier controlling the power supply. said inductor. 6.- Machine selon la revendication 5, caractérisée en ce que le circuit d'alimentation comporte en outre, dans le cas d'un inducteur à faible résistance ohmique, un module de sécurité intégrant en permanence les valeurs instantanées du courant traversant l'inducteur par rapport à la valeur de l'intégration un temps infi niment petit précédent et annulant le signal à l'entrée dudit amplificateur lorsque la valeur de courant moyen est supérieure à la valeur maximale de courant tolérée en régime continu. 6. Machine according to claim 5, characterized in that the supply circuit further comprises, in the case of a low ohmic resistance inductor, a safety module permanently integrating the instantaneous values of the current flowing through the inductor. with respect to the integration value a little inferior time and canceling the signal at the input of said amplifier when the average current value is greater than the maximum value of current in steady state. 7.- Machine selon la revendication 6, caractérisée en ce que le module de sécurité inclut une temporisation autorisant une surintensité durant un temps dont la durée est une fonction directe de l'écart entre la valeur moyenne de courant avant son apparition et le valeur maximale de courant tolérée en régime continu.  7. Machine according to claim 6, characterized in that the security module includes a timer allowing an overcurrent during a time whose duration is a direct function of the difference between the average current value before its appearance and the maximum value. continuous current tolerances.