FR2865322A1 - Machine dynamoelectrique a courant alternatif - Google Patents
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Abstract
Une forme projetée d'aimants permanents (20) est contenue dans un plan de projection formé par le chevauchement de pôles magnétiques adjacents en forme de griffe (18) (19), lorsque ces pôles magnétiques en forme de griffe (18) (19) sont envisagés dans le sens de rotation d'un rotor, et est de forme globalement semblable à celle du plan de projection.
Description
MACHINE DYNAMOÉLECTRIQUE À COURANT ALTERNATIF
Contexte de l'invention Domaine de l'invention La présente invention concerne une machine dynamoélectrique à courant alternatif ayant un rotor dans lequel des aimants permanents sont disposés entre des pôles magnétiques adjacents en forme de griffe.
Description de l'art connexe
Dans les alternateurs automobiles traditionnels connus, des aimants permanents sont disposés entre des pôles magnétiques adjacents en forme de griffe pour réduire les fuites de flux magnétique entre ces pôles magnétiques adjacents en forme de griffe. (Voir, par exemple, brevet japonais n 2548882) (Gazette: figure 3).
Dans ce type de structure, le problème vient de ce que, si l'on observe les pôles magnétiques en forme de griffe dans le sens de rotation du rotor, les aimants permanents font saillie hors du plan de projection formé par le chevauchement des pôles magnétiques adjacents en forme de griffe et, du fait que des parties saillantes ne contribuent pas à réduire la fuite de flux magnétique, ces aimants permanents doivent avoir un volume trop important, afin d'améliorer leurs propriétés, ce qui augmente leur coût en proportion.
Un autre problème vient de ce que cette 25 augmentation de volume des aimants permanents augmente également proportionnellement la force centrifuge agissant sur le rotor, ce qui réduit sa durée de vie.
Résumé de l'invention La présente invention vise à résoudre les problèmes susmentionnés et un objet de la présente invention est de proposer une machine dynamoélectrique à courant alternatif permettant de réduire les coûts et d'améliorer la durée de vie en réduisant le volume des aimants permanents et, dans le cas d'un générateur-moteur, par exemple, de générer un couple de démarrage important et de réduire la tension induite à vide hors-courant.
Pour réaliser l'objet susmentionné, selon un aspect de la présente invention, il est proposé une machine dynamoélectrique à courant alternatif comprenant: un stator qui comprend: un coeur de stator dans lequel des fentes s'étendant dans le sens axial sont formées sur un côté périphérique intérieur; et un enroulement de stator monté dans le coeur du stator en bobinant les fils conducteurs dans les fentes; et un rotor tournant qui comprend: un enroulement de champ disposé à l'intérieur du stator; un coeur de rotor constitué par une première partie de coeur de rotor et une seconde partie de coeur de rotor ayant chacune un pôle magnétique en forme de griffe disposé afin de couvrir l'enroulement de champ et à s'engrener alternativement l'une avec l'autre; et une pluralité d'aimants permanents disposés entre les pôles magnétiques adjacents en forme de griffe et ayant des champs magnétiques orientés afin de réduire la fuite de flux magnétique entre les pôles magnétiques en forme de griffe, dans laquelle: la forme projetée des aimants permanents est contenue dans le plan de projection formé par le chevauchement des pôles magnétiques adjacents en forme de griffe, en regardant les pôles magnétiques en forme de griffe dans le sens de rotation du rotor, et à généralement une forme semblable à la forme du plan de projection.
Une machine dynamoélectrique à courant alternatif selon la présente invention permet de réduire les coûts et d'améliorer la durée de vie en réduisant le volume des aimants permanents et dans le cas d'un générateur-moteur, par exemple, de générer un couple de démarrage important et de réduire la tension induite à vide hors- courant.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture
de la description ci-après, faite en référence aux
dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe illustrant un générateur-moteur à courant alternatif automobile selon le mode de réalisation 1 de la présente invention; la figure 2 est une perspective illustrant un rotor de la figure 1; la figure 3 est un schéma illustrant le rapport entre des aimants permanents et des pôles magnétiques en forme de griffe selon le mode de réalisation 1; la figure 4 est un schéma illustrant un autre exemple de rapport entre les aimants permanents et les pôles magnétiques en forme de griffe; la figure 5 est un schéma illustrant un autre 5 exemple de rapport entre les aimants permanents et les pôles magnétiques en forme de griffe; la figure 6 est un schéma illustrant un autre exemple de rapport entre les aimants permanents et les pôles magnétiques en forme de griffe; la figure 7 est un schéma illustrant un autre exemple de rapport entre les aimants permanents et les pôles magnétiques en forme de griffe; la figure 8 est un graphe illustrant le rapport entre la réduction de section transversale en pourcentage de l'aimant permanent dans le plan de projection et l'augmentation du couple de démarrage/la tension induite à vide hors- courant; la figure 9 est un schéma illustrant un autre exemple de rapport entre les aimants permanents et les pôles magnétiques en forme de griffe dans le mode de réalisation 1; la figure 10 est un schéma illustrant un rapport entre les aimants permanents et les pôles magnétiques en forme de griffe selon le mode de réalisation 2 de la présente invention; la figure 11 est un schéma illustrant un autre exemple de rapport entre les aimants permanents et les pôles magnétiques en forme de griffe; la figure 12 est un schéma illustrant un autre 30 exemple de rapport entre les aimants permanents et les pôles magnétiques en forme de griffe; la figure 13 est un schéma illustrant un autre exemple de rapport entre les aimants permanents et les pôles magnétiques en forme de griffe; la figure 14 est un graphe illustrant le rapport entre la surface active des parties saillantes et la surface active des aimants permanents de la figure 3, et l'augmentation du couple de démarrage/la tension induite à vide hors- courant dans les formes saillantes des aimants permanents; la figure 15 est une vue en coupe d'un espace entre les pôles magnétiques en forme de griffe selon le mode de réalisation 3 de la présente invention.
la figure 16 est une perspective illustrant les pôles magnétiques en forme de griffe de la figure 15; la figure 17 est un schéma illustrant les aimants permanents disposés entre les pôles magnétiques en forme de griffe de la figure 15; la figure 18 est un graphe illustrant l'amplitude de la densité du flux de fuite magnétique quand les pôles magnétiques en forme de griffe ne sont pas parallèles, et quand ils sont parallèles; la figure 19 est un schéma illustrant un exemple dans lequel des aimants permanents sont divisés dans le mode de réalisation 4 de la présente invention; la figure 20 est une perspective d'un rotor selon le mode de réalisation 4 de la présente invention; la figure 21 est un plan d'un aimant permanent entre des pôles magnétiques adjacents en forme de griffe dans le mode de réalisation 5 de la présente invention; la figure 22 est un plan illustrant un autre exemple d'un aimant permanent entre des pôles magnétiques adjacents en forme de griffe dans le mode de réalisation 5 de la présente invention; la figure 23 est un plan illustrant un autre exemple d'un aimant permanent entre des pôles magnétiques adjacents en forme de griffe dans le mode de réalisation 5 de la présente invention; et la figure 24 est un schéma illustrant le rapport entre des aimants permanents et des pôles magnétiques en forme de griffe dans le mode de réalisation 5 de la présente invention.
Description détaillée des modes de réalisation
préférés Les modes de réalisation préférés de la présente invention vont maintenant être expliqués en référence aux dessins, dans lesquels les éléments et parties identiques ou correspondants dans les dessins sont désignés par des les mêmes numéros.
De plus, dans chacun des modes de réalisation, un générateur-moteur à courant alternatif automobile va être expliqué à titre d'exemple d'une machine dynamoélectrique à courant alternatif.
Mode de réalisation 1 La figure 1 est une vue en coupe illustrant un générateur-moteur à courant alternatif automobile selon le mode de réalisation 1 de la présente invention, et la figure 2 est une perspective d'un rotor de la figure 1.
Ce générateur-moteur à courant alternatif automobile (ci-après le générateur-moteur ), qui constitue une machine dynamoélectrique, comprend: un boîtier 3 constitué par un flasque avant 1 et un flasque arrière 2 réalisés en aluminium; un arbre 6 disposé à l'intérieur du boîtier 3, une poulie 4 fixée à une première partie d'extrémité de l'arbre 6; un rotor de type Lundell 7 fixé à l'arbre 6; des ventilateurs 5 fixés aux surfaces des deux extrémités du rotor 7, un stator 8 fixé à une surface intérieure de paroi du boîtier 3; des bagues collectrices 9 fixées à une seconde partie d'extrémité de l'arbre 6 pour transférer le courant électrique au rotor 7; une paire de balais 10 glissant sur les bagues collectrices 9; un support de balai 11 qui contient les balais 10; un bornier 12 disposé sur le flasque avant 1 pour connecter un circuit inverseur (non illustré) ; et une plaque de circuit 13 connectée au bornier 12.
Le rotor 7 comprend: un enroulement de champ 14 pour générer un flux magnétique sur le passage d'un courant électrique; et un coeur de rotor 15 disposé afin de couvrir l'enroulement de champ 14, des pôles magnétiques étant formés dans le coeur de rotor 15 par le flux magnétique de l'enroulement de champ 14. Le coeur de rotor 15 est constitué d'une première partie de coeur de rotor 16 et d'une seconde partie de coeur de rotor 17 qui s'engrènent alternativement l'une avec l'autre. La première partie de coeur de rotor 16 et la seconde partie de coeur de rotor 17 sont réalisés en fer et ont des pôles magnétiques en forme de griffe 18 et 19, respectivement. Des aimants permanents 20, ayant des champs magnétiques orientés afin de réduire les fuites de flux magnétique entre ces pôles magnétiques en forme de griffe 18 et 19, sont fixés aux pôles magnétiques adjacents en forme de griffe 18 et 19.
Le stator 8 comprend: un coeur de stator 21; et un enroulement de stator 22 dans laquelle des fils conducteurs sont enroulés dans ce coeur de stator 21 et un courant alternatif est généré par les changements de flux magnétique de l'enroulement de champ 14 accompagnant la rotation du rotor 7.
Le fonctionnement d'un générateur-moteur ayant la structure susmentionnée et utilisé comme générateur va maintenant être expliqué.
Un courant électrique est transféré à partir d'une batterie (non illustrée) par les balais 10 et les bagues collectrices 9 vers l'enroulement de champ 14, générant un flux magnétique et magnétisant les pôles magnétiques en forme de griffe 18 de la première partie de coeur de rotor 16 pour obtenir les pôles attirés par le nord (N), et les pôles magnétiques en forme de griffe 19 de la seconde partie de coeur de rotor 17 pour obtenir les pôles attirés par le sud (S). En parallèle, du fait que la poulie 4 est entraînée par un moteur et le rotor 7 est entraîné en rotation par l'arbre 6, un champ magnétique tournant est appliqué à l'enroulement de stator 22, entraînant une force électromotrice. Cette force électromotrice alternative passe par un redresseur (non illustré) et est convertie en courant continu, son amplitude est ajustée par un régulateur (non illustré) et la batterie est rechargée.
Le fonctionnement d'un générateur-moteur ayant la structure susmentionnée et utilisé comme moteur électrique va maintenant être expliqué.
Pendant le démarrage du moteur, un courant alternatif est transféré à l'enroulement de stator 22. Un courant d'excitation est aussi transféré à partir d'une batterie (non illustrée) par les balais 10 et les bagues collectrices 9 vers l'enroulement de champ 14, générant un flux magnétique et magnétisant les pôles magnétiques en forme de griffe 18 de la première partie de coeur de rotor 16 pour obtenir les pôles attirés par le nord (N), et les pôles magnétiques en forme de griffe 19 de la seconde partie de coeur de rotor 17 pour obtenir les pôles attirés par le sud (S), l'enroulement de stator 8 et le rotor 7 agissent comme des électro-aimants, ce qui entraîne en rotation le rotor 7 à l'intérieur du stator 8 avec l'arbre 6. Le couple de l'arbre 6 est transmis à un arbre de sortie du moteur au moyen de la poulie 4, ce qui démarre le moteur.
Or, il est nécessaire, dans un générateur-moteur, de générer un couple important pour démarrer ce moteur, autrement dit le couple de démarrage dans le moteur électrique. Si l'on augmente à cet effet le volume des aimants permanents 20 utilisés, ceci améliore le couple généré, du fait que le flux magnétique effectif contribuant à la génération du couple augmente, mais, si l'on augmente le volume des aimants permanents 20, il est nécessaire de minimiser cette augmentation de volume du fait que les aimants permanents 20 sont onéreux et qu'il existe un risque qu'ils soient pulvérisés par la force centrifuge au cours d'une rotation à grande vitesse, etc. Un autre problème vient du fait que, dans un générateurmoteur, un circuit inverseur est connecté à l'enroulement de stator 22 et le couple de démarrage est généré en faisant passer un courant électrique par ce circuit inverseur mais, des éléments semi- conducteurs étant utilisés dans le circuit inverseur, ces éléments semi- conducteurs peuvent être détruits si une tension supérieure ou égale à une tolérance de tension donnée agit sur les éléments semi-conducteurs, etc. Dans ce générateur-moteur, la tension induite à la fréquence de rotation maximale quand le courant d'excitation est à l'état zéro ne peut donc excéder la tension de claquage des éléments semi-conducteurs. Par ailleurs, la tension induite à la fréquence de rotation maximale avec le courant d'excitation zéro sera désignée ci-après par tension induite à vide hors-courant .
Si cette tension induite à vide hors-courant dépasse la tension de la batterie, elle peut, dans certains cas, provoquer une surcharge, et il peut également survenir des problèmes tel le risque de destruction des éléments semi-conducteurs par des surtensions générées en essayant de la contrôler, etc. Dans ce mode de réalisation, les aimants permanents 20 ont donc une forme qui permet de résoudre ces problèmes et de générer un couple important, en réduisant également la tension induite à vide horscourant, tout en minimisant le volume des aimants permanents.
Dans cette optique, les présents inventeurs ont modifié la forme des aimants permanents 20 sans faire varier le volume des aimants permanents 20 constant, et ont déterminé le couple de démarrage et la tension induite à vide hors-courant par une analyse tridimensionnelle des champs électromagnétiques.
Ici, le couple de démarrage est le couple rencontré lorsqu'on fait passer un courant d'excitation par l'enroulement de champ 14, et ce courant d'excitation transmis au générateur-moteur est supposé être le courant électrique maximal admissible au niveau thermique. Le courant d'induit transféré via l'enroulement de stator 22 est également supposé être le courant instantané maximal, et le couple de démarrage est réglé de telle sorte que l'angle de phase formé par le flux magnétique des champs et le flux magnétique d'induit est l'angle de phase générant le couple maximal. Bien entendu, du fait que la tension de la batterie est limitée, le couple de démarrage doit être le couple maximal à l'intérieur de cette limite de tension.
La tension induite à vide hors-courant est la tension transférée d'une borne à l'autre quand le générateur-moteur tourne à une fréquence de rotation maximale, et le courant d'excitation est de zéro .
La valeur résultant de l'augmentation du couple de démarrage après installation des aimants permanents 20, par opposition au couple de démarrage sans aimants permanents 20, (ci-après l'augmentation du couple de démarrage ), divisée par la tension induite à vide hors- courant (augmentation du couple de démarrage/ tension induite à vide horscourant), a été choisie comme indice pour considérer les propriétés susmentionnées. On peut donc dire que plus la valeur de cet indice est élevée, plus ces propriétés seront importantes, du fait que le couple de démarrage est important et que la tension induite à vide hors-courant est faible.
Les présents inventeurs ont modifié la taille des aimants permanents 20 entre les pôles magnétiques adjacents en forme de griffe 18 et 19 et ont obtenu une augmentation du couple de démarrage/la tension induite à vide hors-courant, pour chaque générateur- moteur à courant alternatif automobile respectif, par analyse tridimensionnelle des champs électromagnétiques.
La figure 3 illustre un boîtier dans lequel la forme projetée des aimants permanents 20 est contenue dans le plan de projection A formé par le chevauchement des pôles magnétiques adjacents en forme de griffe, en regardant les pôles magnétiques en forme de griffe 18 et 19 dans le sens de rotation du rotor 7, et est globalement semblable à la forme du plan de projection A. Par contre, les figures 4 et 5 sont des schémas illustrant des aimants permanents 20 montés entre les pôles magnétiques en forme de griffe 18 et 19 de façon à faire saillie par rapport au plan de projection A. Le tableau 1 illustre les valeurs calculées de l'augmentation du couple de démarrage/la tension induite à vide hors- courant, pour des aimants permanents 20 ayant les formes illustrées dans chacune des figures 3 à 5. Le volume des aimants permanents 20 et l'épaisseur des aimants permanents 20 (épaisseur dans le sens de la rotation du rotor 7) sont constants dans chacune des figures 3 à 5.
TABLEAU 1
Tableau 1: rapport entre la partie saillante et les propriétés Augmentation du couple de démarrage/tension induite à vide hors- courant Forme de la figure 3 0,514 Forme de la figure 4 0,495 Forme de la figure 5 0,493 Comme il peut être constaté dans ce tableau, on a déterminé que l'augmentation du couple de démarrage/la tension induite à vide hors-courant est supérieure, et donc que les propriétés sont meilleures, quand les aimants permanents 20 sont montés dans le plan de projection A. Par ailleurs, on a également constaté que l'on obtient des propriétés presque aussi bonnes que dans la forme de la figure 3, si les aimants permanents 20 ont une forme identique au plan de projection A et un volume identique à ceux des figures 3 à 5, autrement dit, si la forme vue en coupe, en sectionnant les aimants permanents 20 perpendiculairement au sens de rotation du rotor 7, est globalement pentagonale, comme indiqué sur la figure 6.
On a également exécuté une analyse tridimensionnelle des champs électromagnétiques, et on a déterminé par le calcul les valeurs de l'augmentation du couple de démarrage/la tension induite à vide horscourant, dans les cas où la surface vue en coupe des aimants permanents 20 a été réduite pour obtenir une forme différente de la forme du plan de projection A, comme indiqué sur la figure 7.
La figure 8 est un graphe illustrant les résultats calculés, et on peut constater d'après ce graphe que l'on obtient de meilleures propriétés en augmentant la surface en coupe des aimants permanents 20 dans le plan de projection A. Si le générateur-moteur est utilisé comme moteur électrique, il est caractéristique qu'un fort courant d'induit et d'excitation soit utilisé, du fait que le générateur-moteur est généralement utilisé pendant une période de temps plus courte que lorsqu'il est utilisé comme generateur. Cependant, lorsque des courants électriques importants sont véhiculés, les champs magnétiques inverses agissant sur les aimants permanents 20 augmentent également, ce qui augmente le risque d'une démagnétisation irréversible. C'est un problème spécifique aux générateurmoteurs qui n'est pas observé avec les générateurs, mais du fait que la perméabilité du circuit magnétique diminue et que la densité du flux magnétique à l'intérieur des aimants permanents 20 augmente lorsqu'on dispose les aimants permanents 20 dans le plan de projection A des pôles magnétiques adjacents en forme de griffe 18 et 19, le risque de démagnétisation irréversible est moindre.
De plus, la figure 9 illustre les parties angulaires C des aimants permanents 20 illustrés sur la figure 3 formées selon une forme de surface incurvée, le rayon de courbure R des parties angulaires C étant de 0,2 millimètre. On obtient ainsi des effets tels qu'une diminution du risque de démagnétisation irréversible et du risque d'écaillage des parties angulaire C, et on évite l'épaississement des pellicules de traitement en surface telles les couches de métallisation, etc., dans les parties angulaires C. Mode de réalisation 2 Si le couple de démarrage requis n'est toujours pas obtenu après avoir monté les aimants permanents 20 dans le plan de projection A des pôles magnétiques adjacents en forme de griffe 18 et 19, il peut être nécessaire d'augmenter un peu le volume des aimants permanents 20. Une façon simple d'augmenter le volume des aimants permanents 20 est ici d'augmenter l'épaisseur des aimants permanents 20 du rotor 7 (dimensions dans le sens de rotation du rotor 7), Cependant, étant donné l'espace limité entre les pôles magnétiques adjacents en forme de griffe 18 et 19, l'augmentation de l'épaisseur des aimants permanents 20 doit être limitée.
Il peut donc être nécessaire de monter les aimants permanents 20 dans des parties faisant saillie depuis l'intérieur du plan de projection.
Les figures 10 à 13 illustrent des exemples dans lesquels une partie des aimants permanents 20 fait saillie hors de la zone du plan de projection A, mais la façon dont chacun fait saillie est différente.
Les valeurs de l'augmentation du couple de démarrage/la tension induite à vide hors-courant ont été déterminées par l'analyse des champs électromagnétiques, dans un exemple où le point T le plus au centre, dans le sens radial, des aimants permanents 20 est voisin de la surface périphérique la plus intérieure Q, dans le sens radial, des pôles magnétiques en forme de griffe 18 et 19, comme indiqué sur la figure 10, et des exemples où le point T le plus au centre, dans le sens radial, des aimants permanents 20 est dans le plan de projection A, comme indiqué sur les figures 11 et 12.
La figure 14 est un graphe illustrant les résultats calculés. Le volume des aimants permanents 20 a ici été maintenu constant à des fins de comparaison.
Comme on peut le constater sur ce tableau, les propriétés des aimants permanents 20 illustrés sur la figure 10 ont été améliorées par rapport aux aimants permanents 20 illustrés sur les figures 11 et 12.
De plus, on obtient des propriétés satisfaisantes semblables à celles des aimants permanents 20 illustrés sur la figure 10 si la forme vue en coupe des aimants permanents 20 est partout identique à celle du plan de projection A, sauf dans la zone où elle fait saillie, et le point T le plus au centre dans le sens radial des aimants permanents 20 se situe sur la surface périphérique la plus intérieure dans le sens radial Q des pôles magnétiques en forme de griffe 18 et 19, comme indiqué sur la figure 13.
Mode de réalisation 3 La figure 15 est une vue en coupe des pôles magnétiques quand les pôles magnétiques en forme de griffe 18 et 19 ne sont pas parallèles et quand ils sont parallèles, la figure 16 est une perspective illustrant un boîtier où les pôles magnétiques en forme de griffe 18 et 19 sont parallèles, et la figure 17 est un plan partiel où les aimants permanents 20 sont montés entre les pôles magnétiques en forme de griffe 18 et 19 illustrés sur la figure 15.
La figure 18 illustre la densité de flux de fuite magnétique obtenue quand les pôles magnétiques en forme de griffe 18 et 19 ne sont pas parallèles et quand ils sont parallèles. Quand les pôles magnétiques en forme de griffe 18 et 19 ne sont pas parallèles, le flux magnétique total (la surface active sur la figure 18) est augmenté par rapport au cas où ils sont parallèles, du fait que le flux de fuite magnétique p, où la distance entre les pôles magnétiques en forme de griffe 18 et 19 est étroite (sur le côté extérieur dans le sens radial du rotor 7), augmente en proportion inverse de la distance entre les pôles magnétiques en forme de griffe 18 et 19, mais la quantité de flux de fuite magnétique peut être réduite en uniformisant la distance entre les pôles magnétiques en forme de griffe 18 et 19.
Mode de réalisation 4 Sur le tableau 2, une analyse des champs électromagnétiques a été exécutée et les valeurs de l'augmentation du couple de démarrage/la tension induite à vide hors-courant ont été obtenues en modifiant l'épaisseur des aimants permanents 20, dans le sens de rotation du rotor 7, avec une surface en coupe identique à celle des aimants permanents 20 illustrés sur la figure 3 expliquée ci-dessus.
Tableau 2: Épaisseur d'aimant permanent Augmentation du couple de démarrage / tension induite à vide hors- courant Épaisseur d'aimant 0,514 permanent 5,8 mm Épaisseur d'aimant 0,497 permanent 6,2 mm Comme on peut le constater sur ce tableau, la valeur de l'augmentation du couple de démarrage/la tension induite à vide hors-courant a tendance à diminuer lorsque l'épaisseur des aimants permanents 20 augmente et l'on obtient des propriétés améliorées en réduisant l'épaisseur des aimants permanents 20 jusqu'au point où la démagnétisation irréversible ne peut se produire.
Le modèle adopté ici est que le volume des aimants permanents 20 est augmenté d'une quantité proportionnelle à l'augmentation de l'épaisseur des aimants permanents 20.
A cette fin, il est préférable que les aimants permanents 20 soient constitués par une paire de parties d'aimant 20a et 20b sectionnés parallèlement aux surfaces latérales faisant face aux pôles magnétiques adjacents en forme de griffe 18 et 19, comme indiqué sur les figures 19 et 20 et qu'un entrefer sépare les parties d'aimant 20a et 20b l'une de l'autre.
En laissant un entrefer dans les aimants permanents 20, la perméabilité est réduite, ce qui facilite l'occurrence d'une démagnétisation irréversible dans les aimants permanents 20, mais cet entrefer permet de refroidir les aimants permanents 20 du fait que de l'air de refroidissement peut passer au travers, et il n'existe aucun effet délétère dans les cas tels les aimants permanents néodyme-fer-bore 20, dans lesquels une démagnétisation irréversible se produit à haute température, du fait que le risque accru de démagnétisation irréversible dû à la perméabilité réduite, et le risque réduit de démagnétisation irréversible dû au refroidissement se neutralisent mutuellement.
Du fait que les premières surfaces latérales des parties d'aimant 20a et 20b se font face et que les seconds surfaces latérales sont toujours en contact avec les pôles magnétiques en forme de griffe 18 et 19, la perméabilité n'est dans aucun cas réduite de beaucoup, ce qui réduit toute perte de réduction du flux de fuite magnétique.
Mode de réalisation 5 Pour utiliser efficacement les aimants permanents 20, les présents inventeurs ont modifié la force des champs magnétiques des parties d'aimant 20a et 20b dans la partie terminale des pôles magnétiques en forme de griffe 18 et 19, et des parties d'aimant 20a et 20b dans la partie racine, et ont exécuté une analyse tridimensionnelle des champs électromagnétiques.
Les résultats sont indiqués au tableau 3.
Tableau 3: aimants permanents dans la partie terminale et aimantspermanents dans la partie racine Augmentation du couple de démarrage/tension induite à vide hors-courant Puissants aimants 0,591 permanents aux parties terminales des pôles magnétiques en forme de griffe Mêmes aimants permanents 0,514 dans les parties terminales et racines des pôles magnétiques en forme de griffe Puissants aimants 0, 466 permanents dans la partie racine des pôles magnétiques en forme de griffe Dans les parties d'aimant 20a et 20b de même volume, la valeur de l'augmentation du couple de démarrage/la tension induite à vide hors- courant est plus importante lorsque le champ magnétique dans les parties terminales est plus fort que dans les parties racines, comme indiqué dans le tableau 3. Ici, les aimants permanents 20 sont supposés être dans le plan de projection A, et la force magnétique totale est identique.
A titre d'exemple du cas où le champ magnétique dans les parties terminales est plus fort que dans les parties racines, la figure 21 illustre un exemple dans lequel les dimensions des parties d'aimant 20a et 20b, dans le sens de rotation du rotor 7, augmentent graduellement, entre les parties racines des pôles magnétiques en forme de griffe 18 et 19 et les parties terminales.
La figure 22 illustre un exemple où chacun des aimants permanents 20 est constitué d'une paire de parties d'aimant 20a et 20b sectionnés parallèlement aux surfaces latérales faisant face aux pôles magnétiques adjacents en forme de griffe 18 et 19, et chacune de ces parties d'aimant 20a et 20h est constituée par une paire de premiers et seconds segments d'aimant 30 et 31 sectionnés dans le sens de rotation du rotor 7 et de ceux-ci, les premiers segments d'aimant 30, qui sont près des parties terminales des pôles magnétiques en forme de griffe 18 et 19, ont une densité de flux magnétique résiduelle plus grande que les seconds segments d'aimant 31, qui sont près des parties racine des pôles magnétiques en forme de griffe 18 et 19.
La figure 23 illustre un exemple dans lequel chacun des aimants permanents 20 est constitué par une paire de parties d'aimant 20a et 20b sectionnées parallèlement aux surfaces latérales faisant face aux pôles magnétiques adjacents en forme de griffe 18 et 19 et chacune de ces parties d'aimant 20a et 20b est constituée par une paire de premiers et seconds segments d'aimant 32 et 33 sectionnés dans le sens de rotation du rotor 7, et les premiers segments d'aimant 32 proches des parties terminales des pôles magnétiques en forme de griffe 18 et 19 ont des dimensions plus importantes dans le sens de la rotation que les seconds segments d'aimant 33 proches des parties racine des pôles magnétiques en forme de griffe 18 et 19.
Comme illustré sur la figure 24, les mêmes effets peuvent également être obtenus en augmentant la surface projetée aux parties terminales des pôles magnétiques en forme de griffe 18 et 19, ce qui permet d'augmenter la force magnétique des aimants permanents 20 aux parties terminales, du fait que la surface vue en coupe des aimants permanents 20 aux parties terminales des pôles magnétiques en forme de griffe 18 et 19 peut être augmentée.
Plus spécifiquement, la surface périphérique intérieure de la première partie de c ur de rotor 16 et la surface périphérique intérieure de la seconde partie de c ur de rotor 17 sont chacune constituées d'une première partie périphérique 34 proche des parties terminales des pôles magnétiques en forme de griffe 18 et 19 et d'une seconde partie périphérique 35 proche des parties racines des pôles magnétiques en forme de griffe 18 et 19, pliées au milieu, les premières parties périphériques 34 ayant un plus grand angle d'élévation à partir d'un rayon que les secondes parties périphériques 35 ((3 > a).
Une configuration dans laquelle l'angle d'élévation de la surface périphérique intérieure des pôles magnétiques en forme de griffe 18 et 19 est identique dans les parties terminales et les parties racines, comme illustré sur la figure 3, et une configuration dans laquelle l'angle d'élévation est supérieur dans les parties terminales, comme illustré sur la figure 24, ont été comparées dans des conditions où le volume des aimants permanents 20 était identique (ajusté seulement dans l'épaisseur des aimants permanents 20), les résultats étant indiqués au tableau 4.
Tableau 4. Angle d'élévation Augmentation du couple de démarrage/ tension induite à vide hors-courant Angle d'élévation 0,514 identique Angle d'élévation 0, 527 supérieur dans les parties terminales des pôles magnétiques en forme de griffe Comme on peut le constater dans ce tableau, les effets sont améliorés en augmentant l'angle d'élévation dans les parties terminales.
De plus, dans chacun des modes de réalisation susmentionnés, on a utilisé un générateur-moteur automobile à titre d'exemple d'une machine dynamoélectrique, mais l'invention présente n'est bien entendue pas limitée aux générateur-moteurs automobiles, et peut aussi être appliquée aux alternateurs automobiles comme les machines dynamoélectriques. En outre, la présente invention n'est pas limitée aux véhicules automobiles et peut, par exemple, s'appliquer également aux moteurs hors-bord ou aux moteurs électriques.
SR 26138 JP/LW 2865322
Claims (10)
1. Machine dynamoélectrique à courant alternatif comprenant un stator (8) et un rotor tournant (7) caractérisé en ce que le stator comprend un coeur de stator (21) dans lequel des fentes s'étendant dans le sens axial sont formées sur un côté périphérique intérieur; et un enroulement de stator {22) monté sur ledit coeur de stator (21) par des fils conducteurs bobinés dans lesdites fentes; et en ce que le rotor tournant (7) comprend: un enroulement de champ (14) disposé à l'intérieur dudit stator (8) ; un coeur de rotor (15) constitué par une première partie de coeur de rotor (16) et une seconde partie de c ur de rotor (17) ayant chacune des pôles magnétiques en forme de griffe disposés afin de couvrir ledit enroulement de champ (14) et s'engrenant alternativement l'une avec l'autre; et une pluralité d'aimants permanents (20) disposés entre des pôles magnétiques adjacents en forme de griffe (18) (19) et ayant des champs magnétiques orientés afin de réduire la fuite de flux magnétique entre lesdits 25 pôles magnétiques en forme de griffe (18) (19).
2. Machine dynamoélectrique à courant alternatif selon la revendication 1 dans laquelle: la forme projetée desdits aimants permanents (20) est contenue dans un plan de projection formée par le chevauchement desdits pôles magnétiques adjacents en forme de griffe (18) (19), en regardant lesdits pôles SR 26138 JP/LW 2865322 magnétiques en forme de griffe (18) (19) dans le sens de rotation dudit rotor (7), et est sensiblement semblable à la forme dudit plan de projection (A).
3. Machine dynamoélectrique à courant alternatif selon la revendication 2, caractérisée en ce que: la partie angulaire de ladite forme projetée desdits aimants permanents (20) a une forme incurvée.
4. Machine dynamoélectrique à courant alternatif selon la revendication 1, dans laquelle une partie d'une forme projetée desdits aimants permanents (20) fait saillie à l'extérieur d'un plan de projection formé par le chevauchement desdits pôles magnétiques adjacents en forme de griffe (18) (19), en regardant lesdits pôles magnétiques en forme de griffe (18) (19) dans le sens de rotation du rotor, le point (T) le plus au centre dans le sens radial central des parties angulaires (C) desdits aimants permanents (20) étant à l'extérieur d'une zone dudit plan de projection et se trouvant au voisinage d'une surface périphérique intérieure de ladite première partie de coeur de rotor (16) ou de ladite deuxième partie de coeur de rotor (17).
5. Machine dynamoélectrique à courant alternatif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que: les surfaces latérales faisant face aux dits pôles 30 magnétiques adjacents en forme de griffe (18) (19) sont sensiblement parallèles l'une à l'autre.
SR 26138 JP/LW 2865322
6. Machine dynamoélectrique à courant alternatif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que: chacun desdits aimants permanents (20) est constitué d'une paire de parties d'aimant sectionnées de façon sensiblement parallèle aux surfaces latérales faisant face aux dits pôles magnétiques adjacents en forme de griffe (18) (19) ; et lesdites parties d'aimant (20a) (20b) sont séparées l'une de l'autre.
7. Machine dynamoélectrique à courant alternatif selon la revendication 6, caractérisée en ce que: la dimension parallèle au sens de rotation dudit rotor (7) dans lesdites parties d'aimant (20a) (20b) augmente graduellement entre la partie racine desdits pôles magnétiques en forme de griffe (18) (19) et la partie terminale.
8. Machine dynamoélectrique à courant alternatif selon la revendication 1 dans laquelle: chacun desdits aimants permanents (20) est constitué d'une paire de parties d'aimant (20a) (20b) sectionnées de façon sensiblement parallèle aux surfaces latérales faisant face aux dits pôles magnétiques adjacents en forme de griffe (18) {19) ; chacune desdites parties d'aimant (20a) (20b) est constituée d'une paire de segments d'aimant (30) (31) (32) (33) sectionnés dans le sens de rotation dudit rotor (7) ; et SR 26138 JP/LW 2865322 un segment d'aimant (30) (31) (32) (33) proche de la partie terminale desdits pôles magnétiques en forme de griffe (18) {19) est constitué d'un élément ayant une densité de flux magnétique résiduelle supérieure à celle d'un segment d'aimant proche d'une partie racine desdits pôles magnétiques en forme de griffe (18) (19).
9. Machine dynamoélectrique à courant alternatif selon la revendication 1 dans laquelle: chacun desdits aimants permanents (20) est constitué d'une paire de parties d'aimant (20a) (20b) sectionnées de façon sensiblement parallèle aux surfaces latérales faisant face aux dits pôles magnétiques adjacents en forme de griffe (18) (19) ; chacune desdites parties d'aimant (20a) (20b) est constituée d'une paire de segments d'aimant (30) (31) (32) (33) sectionnés dans le sens de rotation dudit rotor; et la dimension dans ledit sens de rotation est supérieure dans un segment d'aimant (30) (31) {32) (33) proche de la partie terminale desdits pôles magnétiques en forme de griffe (18) (19) à celle située dans le segment d'aimant (30) (31) (32) (33) proche d'une partie racine desdits pôles magnétiques en forme de griffe (18) (19).
10. Machine dynamoélectrique à courant alternatif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que: une surface périphérique intérieure de ladite première partie de coeur de rotor (16) et une surface SR 26138 JP/LW 2865322 périphérique intérieure de ladite seconde partie de c ur de rotor (17) sont chacune constituées d'une première partie périphérique proche d'une partie terminale desdits pôles magnétiques en forme de griffe (18) {19) et d'une seconde partie périphérique proche d'une partie racine desdits pôles magnétiques en forme de griffe (18) (19), pliées au milieu, ladite première partie périphérique ayant un plus grand angle d'élévation à partir d'une ligne s'étendant selon le sens radial que ladite seconde partie périphérique.
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Effective date: 20210905 |