WO2004091075A2 - Machine electrique synchrone comportant un stator et au moins un retor et dispositif de commande associe - Google Patents

Machine electrique synchrone comportant un stator et au moins un retor et dispositif de commande associe Download PDF

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Moteurs Leroy Somer SAS
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Definitions

  • the present invention relates to the field of rotary electrical machines.
  • the invention relates more particularly but not exclusively to synchronous machines with permanent magnets which can operate at substantially constant power over a wide speed range, for example lifting or electric traction machines.
  • Synchronous machines can operate at constant torque up to a certain speed called base speed. Up to this basic speed, the power increases appreciably in proportion to the speed of rotation of the rotor. Beyond the basic speed, the torque decreases at substantially constant power.
  • the phases of the armature can each be modeled by an inductance which groups together the terms of self-induction, mutuals between phases and leakage. This inductance depends on the angular position of the rotor relative to the stator, and has as components in a frame of reference linked to the electrical pulsation the direct inductance L d and the quadrature inductance L q .
  • the direct reactance Xj designates the product of the direct inductance Ld by the electric pulsation ⁇
  • the quadrature reactance X q designates the product of the inductance L q in quadrature by the electric pulsation ⁇ .
  • the direct inductance L of a phase of the armature is the value of the inductance in the axis d called direct, that is to say when the axis of the poles inductors coincide with that of the stator coils of this same phase.
  • the quadrature inductance L q is the value of the inductance in the g-axis called quadrature, that is to say when the axis of the inductor poles is perpendicular to the axis of the stator coils for this same phase.
  • Rotating electric machines with permanent magnets known for lifting and electric traction are mainly so-called smooth pole machines, for which the direct reactance Xd is substantially equal to the quadrature reactance X q .
  • a synchronous electric machine comprising a stator and at least one rotor with permanent magnets, the machine being characterized by the fact that it is arranged so as to have Xd> X q , where X is the direct reactance and X q the quadrature reactance.
  • X is the direct reactance
  • X q the quadrature reactance.
  • Xd / X q 1.1
  • Xd / X q 1.5
  • One can have for example X, _ / X q 3.
  • the advantages provided by the invention are as follows.
  • the power factor cos ⁇ varying in opposite direction to the quadrature reactance X q a low value of X q makes it possible to obtain a high power factor.
  • X q I 0 / E between 0.33 and 0.6, where I 0 denotes the maximum intensity of the line current imposed by the rating of the drive and E the electromotive force induced by phase of the machine.
  • the defluxing is carried out by injecting a current into the armature so as to generate in the direct axis of a flux proportional to the direct reactance Xd and to the component l d of the intensity in the direct axis.
  • a large defluxing is obtained with less direct current ld and therefore less corresponding losses, which has the consequence of reducing the size of the control device and improving the efficiency.
  • the machine can operate with a current in phase with the electromotive force.
  • the electromotive force torque is maximum and the reluctance torque is zero.
  • the basic speed can be greater than 100 or 200 revolutions per minute, for example.
  • the stator comprises teeth each carrying at least one individual coil and these teeth are devoid of pole shoes. This allows in particular the installation on the teeth of prefabricated coils, which simplifies the manufacture of the machine.
  • the rotor is advantageously at flux concentration, the permanent magnets of the rotor then being arranged between pole pieces. This reduces the amount of magnets, therefore reducing the cost of the machine.
  • the values of the direct and quadrature reactances can be determined by the shape of the pole pieces of the rotor, and in particular by the shape of the projecting parts of these pole pieces.
  • the projecting parts of two successive pole pieces can define between them a notch having two opposite edges comprising radial portions and a bottom partially formed by a face of at least one permanent magnet.
  • Such a shape of the pole pieces causes an asymmetry between the direct and quadrature reactors and a relatively large positive difference between the direct and quadrature reactors.
  • the pole pieces of the rotor may each have a face facing the stator which has a convex portion.
  • the convex portion of a pole piece may have a radius of curvature between 20% and 30% of a radius of the stator, in particular an interior radius of the stator, or even about 25%.
  • the circumferential ends of this convex portion can be angularly offset with respect to the permanent magnets which are adjacent to this pole piece.
  • the angular offset of the circumferential ends relative to the adjacent permanent magnets can be understood: - between 80 ° e + t 100 °, é - + tan * t for example A by 90 ° approximately, for a
  • Each of the permanent magnets of the rotor may be located radially set back from the circumferential ends of the convex portions of the two adjacent pole pieces.
  • the withdrawal in the radial direction of the magnets relative to the circumferential ends of the convex portions can be between 10% and 20%, being for example approximately 15%, from a radius of the stator, in particular an interior radius of the stator.
  • Each of the pole pieces of the rotor may have two shoulders.
  • a permanent magnet can be located between the shoulders of two. adjacent pole pieces.
  • Each of the pole pieces of the rotor may include a projecting portion extending towards the stator, having radial edges which are angularly offset with respect to radially directed edges of the permanent magnets adjacent to this pole piece.
  • the permanent magnets of the rotor may have a cross section of elongated shape in a radial direction.
  • the permanent magnets of the rotor may have, when the machine is observed along the axis of rotation of the rotor, a rectangular cross section with a long side oriented parallel to a radius of the machine.
  • the ratio X d / X q is chosen so as to obtain at the maximum speed of rotation of the rotor substantially the same power as that obtained at basic speed, with the same voltage and the same current.
  • the smallest is chosen to avoid having a high salience which would result in poles of smaller opening and a larger equivalent air gap, which would increase the volume of the magnets, and therefore the price and weight of the machine.
  • a high saliency would also reduce the maximum torque that the machine would be able to provide, which would limit the possibilities of overload.
  • the stator can have 6n teeth and the rotor 6n ⁇ 2 poles, n being greater than or equal to 2. Such a structure can make it possible to reduce both the torque oscillations and the voltage harmonics.
  • the machine can comprise a single internal rotor or, as a variant, an internal rotor and an external rotor, arranged radially on either side of the stator and coupled in rotation. Using a double rotor can reduce iron losses.
  • the machine can constitute a generator or a motor.
  • the power of the machine may be greater than or equal to 0.5 kW, being for example of the order of 1.5 kW, this value being in no way limiting.
  • the subject of the invention is also, independently or in combination with the above, an electric machine comprising: at least one stator, at least one rotor, the rotor comprising pole pieces and permanent magnets disposed between the pole pieces, each pole piece comprising a projecting part and on either side of this projecting part a shoulder.
  • the shoulders of two adjacent pole pieces can come flush with the permanent magnet disposed between them.
  • Each projecting part can be delimited in the circumferential direction by an edge extending radially.
  • Each pole piece may not overlap the adjacent permanent magnets in the circumferential direction.
  • Each projecting part can be delimited radially by a continuously rounded edge.
  • Each pole piece can be symmetrical with respect to a radially oriented median plane.
  • Each pole piece may include a stack of magnetic sheets.
  • the protruding part may have a radially outer circular edge whose center of curvature is different from the center of rotation, the center of curvature being for example located on a radius between the center of rotation and the maximum half-diameter of the rotor.
  • the angular spacing between two adjacent projecting parts can be greater than the angular width of the permanent magnet disposed between the corresponding pole pieces.
  • the permanent magnets may have an outer face facing the stator.
  • the invention also relates to a control device for controlling a machine as defined above.
  • m denotes the ratio between the rotational speed of the rotor and the basic speed
  • e is the ratio between, on the one hand, the electromotive force
  • v is the ratio between the voltage across a phase of the armature and the voltage V 0 imposed by the supply network
  • p is the ratio between the effective power and the constant power P 0 at which we want the machine to work
  • ⁇ the phase difference between the intensity and the electromotive force.
  • Such a control device shifts the current by an angle ⁇ with respect to the electromotive force, while keeping the voltage constant, and the component i d of i in the direct axis d will create a flux which will oppose the main stream.
  • the total magnetomotor force is therefore reduced, consequently causing a drop in the overall induced voltage.
  • the unit value i of the current cannot be increased beyond its nominal value for reasons related to heating of the machine and to the size of the control device.
  • the desired voltage can be obtained with the minimum offset ⁇ , that is to say the lowest unit direct current i d , in order to have more quadrature current which contributes to the creation of the torque.
  • the defluxing ratio is the maximum value of m which makes it possible to obtain the same power P 0 as that which is obtained at basic speed with the same voltage V 0 and the same current I 0 defined above.
  • the ratio X d / X q thus found for P 0 , V 0 and I 0 given is an increasing function of the defluxing ratio sought, the latter possibly being for example greater than 2, being for example equal to 6.
  • the control device which has just been described is preferably used in combination with a synchronous motor having Xd> X q as defined above.
  • the control device can also comprise: a three-phase inverter, - a vector controller arranged to transmit, as a function of the intensities i and i q, the control signals to the electronic switches of the inverter.
  • the subject of the invention is also, independently or in combination with the above, a method for controlling a motor in which at least the supply voltage of an inverter connected to the motor and the speed of rotation of the motor are measured. , and direct intensities i d and quadrature i q of the supply current are determined by calculation in real time and / or by access to a register, making it possible to maintain, for a speed reference ⁇ * given above the speed of base, constant power.
  • a torque setpoint t * can be determined as a function at least of the difference between the measured rotation speed and the rotor speed setpoint ⁇ *.
  • a power setpoint can be determined as a function at least of the torque setpoint and of the measured rotation speed.
  • the direct and quadrature currents can be determined according to the control laws as a function of the load and the supply voltage of the inverter. These control laws can be integrated into the computer in order to improve its dynamic performance.
  • the present invention also relates, independently or in combination with the above, to an electric vehicle comprising a motor comprising:
  • At least one permanent magnet rotor the motor being arranged so as to have X> X q , where X d is the direct reactance and X q the quadrature reactance.
  • m denotes the ratio between the rotational speed of the rotor and the basic speed
  • e is the ratio between, on the one hand, the electromotive force
  • v is the ratio between the terminal voltage of a phase of the armature and the voltage V 0 imposed by the supply network
  • p is the ratio between the effective power and the constant power at which one wishes the machine to operate
  • ⁇ the phase difference between the intensity and the electromotive force.
  • FIG. 1 schematically and partially represents, in cross section, a machine according to the invention
  • FIG. 2 is a Blondel diagram representing different sinusoidal magnitudes in a frame of reference linked to the electrical pulsation
  • FIG. 3 is a simplified block diagram of a device for controlling a synchronous motor according to the invention
  • FIG. 4 schematically represents an exemplary embodiment of the main computer of the control device of FIG. 3.
  • FIG. 1 shows a synchronous electric machine 1 comprising a stator 10 and a rotor 20 with permanent magnets 21.
  • the stator 10 has teeth 11 each carrying an individual coil 12, the coils 12 being electrically connected together so as to be supplied by a three-phase current.
  • the rotor 20 has a concentration of flux, the permanent magnets 21 being arranged between pole pieces 22.
  • the permanent magnets 21 and the pole pieces 22 are suitably fixed on a shaft 23 of the machine.
  • the pole pieces 22 can be held on the shaft 23 by gluing, or alternatively by making complementary shapes on the shaft and the pole pieces, or even be held by bars engaged in the pole pieces 22 and fixed at their ends to rotor flanges.
  • the pole pieces 22 are produced by a stack of magnetic sheets each covered with an insulating varnish, in order to limit losses by induced currents.
  • the magnets 21 have polarities of the same nature, directed towards the pole piece 22 disposed between them, as can be seen in FIG. 1.
  • the pole pieces 22 each have a protruding part 27, and their face facing the stator 10 has a convex portion 24.
  • the convex portion 24 of a pole piece 22 may have a radius of curvature between 20% and 30% of a radius of the stator, in particular the internal radius of the stator, or even about 25%.
  • Each convex portion 24 has circumferential ends 25 angularly offset with respect to the adjacent permanent magnets 21.
  • the angular offset ⁇ of the circumferential ends 25 with respect to the adjacent permanent magnets 21 can be understood:
  • n ents denotes the number of teeth 11 of the stator and n P i i es the number of pole pieces 27.
  • the permanent magnets 21 are located radially back from the circumferential ends 25 of the convex portions 24.
  • the withdrawal r in the radial direction of the magnets 21 relative to the circumferential ends 25 of the convex portions 24 can be between 10% and 20%, or even Approximately 15% of the internal radius R of the stator.
  • Each pole piece 22 further comprises two shoulders 26 located on either side of the projection 27, each permanent magnet 21 being located between two shoulders 26.
  • the projections 27 of each of the pole pieces 22 of the rotor have radial edges. 28 which, like the circumferential ends 25, are angularly offset relative to the faces 29, directed radially, of the adjacent permanent magnets 21.
  • the permanent magnets 21 When the machine is observed along the axis of rotation X, the permanent magnets 21 have a cross section of elongated shape in a radial direction.
  • This cross section is, in the example described, rectangular, with a long side oriented parallel to a radius of the machine.
  • the permanent magnets could each have a wedge shape.
  • the rotor has ten poles and the stator twelve teeth, the stator thus comprising 6n teeth and the rotor 6n ⁇ 2 poles, n being equal to 2.
  • n is greater than 2.
  • the rotor is internal, but it is not going beyond the ambit of the present invention if the rotor is external, or if the machine comprises both an internal rotor and an external rotor, each arranged radially on the side and on the other side of the stator and coupled in rotation.
  • the motor advantageously satisfies, in accordance with the invention, the relation Xd> X q .
  • the machine which has just been described with reference to FIG. 1 can be controlled by a control device allowing its operation at constant power over a wide range of speeds of rotation of the rotor, as will be described with reference to FIGS. 2 and 3.
  • This control device is particularly suitable for a machine for which d> X q .
  • FIG. 2 linked to the electric pulsation ⁇ , comprising a direct axis d having the same direction and the same direction as the inductive flow ⁇ , or main flow, which passes through a phase armature, and an axis in
  • sinusoids can be represented by fixed vectors.
  • the offset of the unit current i with respect to the unit electromotive force e is chosen to keep the voltage constant at speeds greater than the basic speed since the unit component i of i in the direct axis d will create a flux which will oppose the main flow, the total magnetomotor force therefore being reduced and consequently causing a drop in the induced unit voltage v, this without unduly affecting the engine torque, the control device being arranged so as to allow the machine to operate with the greatest possible torque beyond the basic speed.
  • the control device aims to make it possible to operate with a power beyond the basic speed substantially equal to the power at the basic speed.
  • the synchronous motor 1 is supplied by a three-phase current coming from an inverter 35 comprising six electronic switches 60, for example one or more IGBTs, each associated with a diode 61, and controlled by six control signals 62 coming from a vector controller 37.
  • the latter makes it possible to correct the intensity of the current supplied to the motor as a function of direct current instructions i d and in quadrature i q which it receives from a main computer 45, of the intensities measured i a and i b for two of the three phases, and angular position information ⁇ .
  • the angular position information ⁇ is transmitted by a position computer 40 connected to a position sensor 39.
  • the position sensor 39 is also connected to a speed computer 41.
  • the value of the speed of rotation ⁇ calculated by the speed computer 41 is transmitted to the main computer 45, to a multiplier 46 and to a subtractor 47.
  • the speed of rotation ⁇ is subtracted from a setpoint for the speed of rotation of the rotor ⁇ * in the subtractor 47, then the difference ⁇ * - ⁇ is processed by a regulation circuit 48 of PID type (proportional-integral-derivative) and transmitted to a torque computer 49 which determines a torque setpoint t * as a function of the difference between the measured rotational speed ⁇ and the rotor rotational speed setpoint ⁇ *.
  • the torque setpoint t * is capped at the maximum torque t max that the machine is capable of supplying.
  • the torque setpoint t * is transmitted to the multiplier 46 which, according to the measured rotational speed ⁇ of the rotor, calculates a power setpoint p *.
  • This power setpoint p * is transmitted to the main computer 45.
  • the voltage V DC at the terminals of the inverter 35 is measured and transmitted to the main computer 45 by a regulation circuit 50 of the PID type to smooth out any variations.
  • This regulation circuit 50 provides a unit voltage v which can vary, being dependent on the network voltage.
  • the main computer 45 determines from the data it receives the direct intensities i and in quadrature i q corresponding to the operation at the power p *.
  • the main computer 45 can determine the values i d and i q by accessing a register 53 containing precalculated values, as illustrated in FIG. 4.
  • This register 53 groups together the values of i d and i q for a large number of inputs v, p * and ⁇ .
  • the computer determines the closest values of v, p * and ⁇ for which we know, in the register, 53 i d (v, p *, ⁇ ) and i q (v , p *, ⁇ ).
  • the defluxing ratio is 6, that is to say that the maximum speed of rotation of the rotor is six times the basic speed, and for example approximately 1350 revolutions per minute. It is obviously not beyond the scope of the present invention if the defluxing ratio is other than 6, in particular is greater than or equal to 2 for example.
  • the electronic switches 60 of the inverter 35 are then sized accordingly.

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Abstract

La présente invention concerne une machine électrique synchrone comportant un stator (10), et au moins un rotor (20) à aimants permanents (21), caractérisée par le fait qu'elle est agencée de manière à avoir Xd > Xq; où Xd est la réactance directe et Xq la réactance en quadrature.

Description

Machine électrique synchrone comportant un stator et au moins un rotor et dispositif de commande associé La présente invention concerne le domaine des machines électriques tournantes. L'invention concerne plus particulièrement mais non exclusivement les machines synchrones à aimants permanents pouvant fonctionner à puissance sensiblement constante sur une large plage de vitesses, par exemple les machines de levage ou de traction électrique.
Dans le cadre du levage, il est utile d'adapter la vitesse de levage à la charge levée afin de réduire le temps de levage lorsque cette charge est faible tout en permettant d'assurer le levage des pièces plus lourdes.
Dans le cadre de la traction électrique, au démarrage ou lorsque le véhicule aborde une montée, le moteur doit fournir un fort couple à basse vitesse. En revanche, sur un parcours horizontal, les efforts à fournir sont moindres, et le véhicule peut rouler plus vite sans nécessiter plus de puissance du moteur.
Les machines synchrones peuvent fonctionner à couple constant jusqu'à une certaine vitesse appelée vitesse de base. Jusqu'à cette vitesse de base, la puissance croit sensiblement proportionnellement à la vitesse de rotation du rotor. Au-delà de la vitesse de base, le couple diminue à puissance sensiblement constante. Les phases de l'induit peuvent être modélisées chacune par une inductance qui regroupe les termes d'auto-induction, de mutuelles entre phases et de fuite. Cette inductance dépend de la position angulaire du rotor relativement au stator, et a pour composantes dans un repère lié à la pulsation électrique l'inductance directe Ld et l'inductance en quadrature Lq. La reactance directe Xj désigne le produit de l'inductance directe Ld par la pulsation électrique ω, et la reactance en quadrature Xq désigne le produit de l'inductance Lq en quadrature par la pulsation électrique ω. La vitesse de rotation du rotor Ω est liée à la pulsation électrique ω par la relation ω = zΩ, où z désigne le nombre de paires de pôles.
Dans le repère lié à la pulsation électrique, l'inductance directe L d'une phase de l'induit est la valeur de l'inductance dans l'axe d dit direct, c'est-à-dire lorsque l'axe des pôles inducteurs coïncide avec celui des bobines du stator de cette même phase.
L'inductance en quadrature Lq est la valeur de l'inductance dans l'axe g dit en quadrature, c'est-à-dire quand l'axe des pôles inducteurs est perpendiculaire à l'axe des bobines du stator pour cette même phase.
Les machines électriques tournantes à aimants permanents connues pour le levage et la traction électrique sont majoritairement des machines dites à pôles lisses, pour lesquelles la reactance directe Xd est sensiblement égale à la reactance en quadrature Xq.
En plus des machines à pôles lisses, on trouve aussi des machines dites à saillance inversée, pour lesquelles la reactance directe Xd est nettement inférieure à la reactance en quadrature Xq. Leur principal avantage est que le couple de réluctance, qui est proportionnel à la différence entre les réactances Xq et X , s'ajoute, en fonctionnement normal, au couple de force électromotrice généré par les aimants, ce qui permet, à couple demandé identique, de réduire le volume des aimants et donc le prix de la machine. Pour ce type de machine, il existe un décalage optimal en avance de phase du courant par rapport à la force électromotrice pour lequel le couple est maximal. C'est ce point de fonctionnement qui est retenu jusqu'à la vitesse de base. Au-delà de la vitesse de base, la tension aux bornes des phases de la machine devient toutes choses égales par ailleurs supérieure à la tension disponible fournie par le réseau à la machine par l'intermédiaire du dispositif de commande, en raison de la force électromotrice qui varie proportionnellement à la vitesse.
Pour réduire la tension aux bornes des phases de la machine, on agit sur le courant dans les enroulements du stator et sur son déphasage par rapport au flux inducteur, c'est-à-dire celui des aimants, pour créer un flux magnétique s'opposant partiellement au flux inducteur. Cette opération est appelée « défluxage » et génère des pertes électriques d'autant plus importantes que le courant nécessaire au défluxage est élevé.
Il existe un besoin pour améliorer les machines synchrones et leur permettre de fonctionner avec un rendement élevé à puissance sensiblement constante sur une large plage de vitesses, et notamment au-delà de la vitesse de base.
L'invention répond à ce besoin grâce à une machine électrique synchrone comportant un stator et au moins un rotor à aimants permanents, la machine se caractérisant par le fait qu'elle est agencée de manière à avoir Xd > Xq, où X est la reactance directe et Xq la reactance en quadrature. On a par exemple Xd/Xq> 1,1, mieux Xd/Xq > 1,5. On peut avoir par exemple X,_/Xq= 3.
Les avantages apportés par l'invention sont les suivants. D'une part, le facteur de puissance cos φ variant en sens inverse de la reactance en quadrature Xq, une faible valeur de Xq permet d'obtenir un facteur de puissance élevé.
On a par exemple, suivant le niveau de facteur de puissance recherché, Xq I0/E compris entre 0,33 et 0,6, où I0 désigne l'intensité maximale du courant de ligne imposée par le calibre du variateur et E la force électromotrice induite par phase de la machine.
D'autre part, le flux des aimants étant orienté dans l'axe d direct, le défluxage s'effectue en injectant dans l'induit un courant de manière à générer dans l'axe direct d un flux proportionnel à la reactance directe Xd et à la composante ld de l'intensité dans l'axe direct. Avec une reactance directe Xd élevée, on obtient un défluxage important avec moins de courant direct ld et donc moins de pertes correspondantes, ce qui a pour conséquence de réduire le calibre du dispositif de commande et d'améliorer le rendement.
De plus, avec Xd élevé, on diminue le risque de démagnétisation en cas de court-circuit, lié à la valeur du courant de court-circuit. Ce courant est proportionnel au rapport entre la force électromotrice et la reactance directe, et il est donc faible lorsque la reactance directe X est grande. On a par exemple, suivant la plage de défluxage demandée, Xd I0/E compris entre 0,66 et 1, où I0 désigne l'intensité maximale du courant de ligne imposée par le calibre du variateur et E la force électromotrice induite par phase de la machine.
Jusqu'à la vitesse de base, la machine peut fonctionner avec un courant en phase avec la force électromotrice. Le couple de force électromotrice est maximal et le couple de réluctance est nul. La vitesse de base peut être supérieure à 100 ou 200 tours par minute, par exemple.
Dans une réalisation particulière, le stator comporte des dents portant chacune au moins une bobine individuelle et ces dents sont dépourvues d'épanouissements polaires. Cela permet notamment la mise en place sur les dents de bobines préfabriquées, ce qui simplifie la fabrication de la machine.
Le rotor est avantageusement à concentration de flux, les aimants permanents du rotor étant alors disposés entre des pièces polaires. Cela permet de diminuer la quantité d'aimants, donc de réduire le coût de la machine. Les valeurs des réactances directe et en quadrature peuvent être déterminées par la forme des pièces polaires du rotor, et notamment par la forme des parties saillantes de ces pièces polaires. Les parties saillantes de deux pièces polaires successives peuvent définir entre elles une encoche présentant deux bords opposés comportant des portions radiales et un fond partiellement formé par une face d'au moins un aimant permanent.
Une telle forme des pièces polaires provoque une dissymétrie entre les réactances directe et en quadrature et une différence positive relativement importante entre les réactances directe et en quadrature.
Les pièces polaires du rotor peuvent comporter chacune une face tournée vers le stator qui présente une portion convexe. La portion convexe d'une pièce polaire peut présenter un rayon de courbure compris entre 20 % et 30 % d'un rayon du stator, notamment d'un rayon intérieur du stator, voire 25 % environ.
Les extrémités circonférentielles de cette portion convexe peuvent être décalées angulairenient par rapport aux aimants permanents qui sont adjacents à cette pièce polaire. Le décalage angulaire des extrémités circonférentielles par rapport aux aimants permanents adjacents peut être compris : - en ^tre 80° e +t 100° , é -+tan *t par exemp ile A de 90° environ, pour une
^ dents ^dents "^dents machine dont le rapport entre le nombre de dents ridents du stator et le nombre de pôles nPôies du rotor est de 3/2 ou qui vérifie la relation dmts = , avec n entier supérieur ou égal np6,es 6«-2 à 2, et
50° 70° 60° entre et , étant par exemple de environ, pour une n, dents n dents n dents
machine qui vérifie la relation d ,s = , avec n entier supérieur ou égal à 2. n pôles 6n + 2
Chacun des aimants permanents du rotor peut se situer radialement en retrait des extrémités circonférentielles des portions convexes des deux pièces polaires adjacentes. Le retrait dans la direction radiale des aimants par rapport aux extrémités circonférentielles des portions convexes peut être compris entre 10 % et 20 %, étant par exemple de 15 % environ, d'un rayon du stator, notamment d'un rayon intérieur du stator. Chacune des pièces polaires du rotor peut comporter deux épaulements. Un aimant permanent peut se situer entre les épaulements de deux. pièces polaires adjacentes. Chacune des pièces polaires du rotor peut comporter une partie saillante s 'étendant en direction du stator, ayant des bords radiaux qui sont décalés angulairement par rapport à des bords dirigés radialement des aimants permanents adjacents à cette pièce polaire. Les aimants permanents du rotor peuvent présenter, lorsque la machine est observée selon l'axe de rotation du rotor, une section transversale de forme allongée dans une direction radiale. En particulier, les aimants permanents du rotor peuvent présenter, lorsque la machine est observée selon l'axe de rotation du rotor, une section transversale rectangulaire de grand côté orienté parallèlement à un rayon de la machine. Dans une mise en œuvre particulière de l'invention, le rapport Xd/Xq est choisi de manière à obtenir à la vitesse maximale de rotation du rotor sensiblement la même puissance que celle obtenue à la vitesse de base, avec la même tension et le même courant. De préférence, parmi les valeurs possibles pour le rapport Xd/Xq permettant d'obtenir le résultat mentionné ci-dessus, on choisit le plus petit pour éviter d'avoir une saillance élevée qui se traduirait par des pôles de plus faible ouverture et un entrefer équivalent plus grand, et ce qui aurait pour conséquence d'augmenter le volume des aimants, donc le prix et le poids de la machine. Une saillance élevée réduirait en outre le couple maximal que la machine serait en mesure de fournir, ce qui limiterait les possibilités de surcharge. Le stator peut comporter 6n dents et le rotor 6n ± 2 pôles, n étant supérieur ou égal à 2. Une telle structure peut permettre de réduire à la fois les oscillations de couple et les harmoniques de tension.
La machine peut comporter un seul rotor intérieur ou, en variante, un rotor intérieur et un rotor extérieur, disposés radialement de part et d'autre du stator et accouplés en rotation. L'utilisation d'un rotor double peut permettre de réduire les pertes fer. La machine peut constituer un générateur ou un moteur.
La puissance de la machine peut être supérieure ou égale à 0,5 kW, étant par exemple de l'ordre de 1,5 kW, cette valeur n'étant nullement limitative.
L'invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, une machine électrique comportant : au moins un stator, au moins un rotor, le rotor comportant des pièces polaires et des aimants permanents disposés entre les pièces polaires, chaque pièce polaire comportant une partie saillante et de part et d'autre de cette partie saillante un épaulement. Les épaulements de deux pièces polaires adjacentes peuvent venir à affleurement de l'aimant permanent disposé entre elles.
Chaque partie saillante peut être délimitée dans le sens circonférentiel par un bord s' étendant radialement.
Chaque pièce polaire peut ne pas recouvrir les aimants permanents adjacents dans le sens circonférentiel.
Chaque partie saillante peut être délimitée radialement par un bord continûment arrondi.
Chaque pièce polaire peut être symétrique par rapport à un plan médian orienté radialement. Chaque pièce polaire peut comporter un empilage de tôles magnétiques.
La partie saillante peut comporter un bord radialement extérieur circulaire dont le centre de courbure est différent du centre de rotation, le centre de courbure étant par exemple situé sur un rayon entre le centre de rotation et le demi-diamètre maximal du rotor. L'écartement angulaire entre deux parties saillantes adjacentes peut être supérieur à la largeur angulaire de l'aimant permanent disposé entre les pièces polaires correspondantes.
Les aimants permanents peuvent comporter une face extérieure faisant face au stator. L'invention a encore pour objet un dispositif de commande permettant de commander une machine telle que définie plus haut.
L'invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un dispositif de commande d'un moteur synchrone permettant le fonctionnement du moteur à puissance constante P0 sur une plage de vitesse de rotation du rotor, comportant un calculateur agencé pour déterminer les valeurs d'intensités directe ld et en quadrature Iq du courant d'alimentation du moteur, les intensités ld et Iq étant égales, à 20 % près, mieux à 10 % près, mieux encore à 5 % près, à : ld = id.Io = -i sin α.I0 et Iq ≤ iq.I0 = i cos α.I0, où I0 est l'intensité maximale du courant de ligne imposée par le calibre du dispositif de commande,
α = arctg
Figure imgf000009_0001
i = le courant unitaire circulant dans une phase de
Figure imgf000009_0002
l'induit,
(x, y) étant l'une des racines réelles des équations
Figure imgf000009_0003
m désigne le rapport entre la vitesse de rotation du rotor et la vitesse de base, e est le rapport entre, d'une part, la force électromotrice, et d'autre part, le produit de m par la tension maximale par phase V0 imposée par le réseau d'alimentation, v est le rapport entre la tension aux bornes d'une phase de l'induit et la tension V0 imposée par le réseau d'alimentation, p est le rapport entre la puissance effective et la puissance constante P0 à laquelle on souhaite que la machine fonctionne, et α le déphasage entre l'intensité et la force électromotrice.
Par « intensité directe » et « intensité en quadrature », on entend les valeurs de l'intensité projetée sur les axes direct d et en quadrature q du repère lié à la pulsation électrique.
XΛ On désigne par X le quotient — ^°- , Xd étant la reactance directe. mV„
XΛ
De la même façon, xq = — - — , où Xq est la reactance en quadrature. mV0
Un tel dispositif de commande décale le courant d'un angle α par rapport à la force électromotrice, tout en maintenant la tension constante, et la composante id de i dans l'axe direct d va créer un flux qui va s'opposer au flux principal. La force magnétomotrice totale se trouve donc réduite, entraînant par conséquent une chute de la tension induite globale. On ne peut augmenter la valeur unitaire i du courant au-delà de sa valeur nominale pour des raisons liées à réchauffement de la machine et au calibre du dispositif de commande.
On peut obtenir la tension désirée avec le minimum de décalage α, c'est-à-dire la plus faible intensité directe unitaire id, afin de disposer de plus de courant en quadrature qui contribue à la création du couple.
Le rapport de défluxage est la valeur de m maximale qui permet d'obtenir la même puissance P0 que celle qu'on obtient à la vitesse de base avec la même tension V0 et le même courant I0 définis précédemment. On peut en déduire les valeurs de la force électromotrice, et celle des réactances directe et en quadrature pour une machine donnée. Le rapport Xd/Xq ainsi trouvé pour P0, V0 et I0 donnés est une fonction croissante du rapport de défluxage recherché, ce dernier pouvant être par exemple supérieur à 2, étant par exemple égal à 6.
Parmi les solutions (x, y) possibles, on choisit de préférence celle qui minimise i.
Le dispositif de commande qui vient d'être décrit est de préférence utilisé en combinaison avec un moteur synchrone ayant Xd > Xq tel que défini plus haut. Le dispositif de commande peut comporter en outre : un onduleur triphasé, - un contrôleur vectoriel agencé pour transmettre en fonction des intensités i et iq les signaux de commande aux interrupteurs électroniques de l'onduleur.
L'invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un procédé de contrôle d'un moteur dans lequel on mesure au moins la tension d'alimentation d'un onduleur relié au moteur et la vitesse de rotation du moteur, et on détermine par calcul en temps réel et/ou par accès à un registre les intensités directe id et en quadrature iq du courant d'alimentation permettant de maintenir, pour une consigne de vitesse Ω* donnée au dessus de la vitesse de base, la puissance constante.
On peut déterminer une consigne de couple t* en fonction au moins de l'écart entre la vitesse de rotation mesurée et la consigne de vitesse de rotation du rotor Ω*. On peut déterminer une consigne de puissance en fonction au moins de la consigne de couple et de la vitesse de rotation mesurée. On peut calculer les intensités unitaires directe id et en quadrature iq en temps réel à partir de la consigne de puissance, de la vitesse de rotation mesurée et de la tension continue d'alimentation de l'onduleur. Les intensités directe et en quadrature peuvent être déterminées selon les lois de commande en fonction de la charge et de la tension d'alimentation de l'onduleur. Ces lois de commande peuvent être intégrées dans le calculateur afin d'améliorer ses performances dynamiques.
La présente invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un véhicule électrique comportant un moteur comportant :
- un stator, et
- au moins un rotor à aimants permanents, le moteur étant agencé de manière à avoir X > Xq, où Xd est la reactance directe et Xq la reactance en quadrature.
Le véhicule peut encore comporter un dispositif de commande d'un moteur synchrone, permettant le fonctionnement du moteur à puissance constante sur une plage de vitesses de rotation du rotor, comportant un calculateur agencé pour déterminer les valeurs des intensités directe Id et en quadrature Iq du courant d'alimentation du moteur injectées dans le moteur, les intensités Id et Iq étant égales, à 20 % près, mieux à 10 % près, mieux encore à 5 % près, à : Id = id.I0 = -i sin α.I0 et Iq ≈ iq.I0 = i cos α.I0 où I0 est l'intensité maximale du courant imposée par le calibre du dispositif de commande,
α = arctg
Figure imgf000011_0001
le courant unitaire circulant dans une phase de
Figure imgf000011_0002
l'induit,
(x, y) étant l'une des racines réelles des équations
Figure imgf000011_0003
m désigne le rapport entre la vitesse de rotation du rotor et la vitesse de base, e est le rapport entre, d'une part, la force électromotrice, et d'autre part, le produit de m par la tension maximale par phase V0 imposée par le réseau d'alimentation, v est le rapport entre la tension aux borne d'une phase de l'induit et la tension V0 imposée par le réseau d'alimentation, p est le rapport entre la puissance effective et la puissance constante à laquelle on souhaite que la machine fonctionne, et α le déphasage entre l'intensité et la force électromotrice.
La présente invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un exemple non limitatif de mise en œuvre de l'invention, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel :
- la figure 1 représente de façon schématique et partielle, en coupe transversale, une machine conforme à l'invention,
- la figure 2 est un diagramme de Blondel représentant différentes grandeurs sinusoïdales dans un repère lié à la pulsation électrique,
- la figure 3 est un schéma simplifié en blocs d'un dispositif de commande d'un moteur synchrone conforme à l'invention, et la figure 4 représente schématiquement un exemple de réalisation du calculateur principal du dispositif de commande de la figure 3.
Machine électrique
On a représenté sur la figure 1 une machine électrique synchrone 1 comportant un stator 10 et un rotor 20 à aimants permanents 21.
Le stator 10 comporte des dents 11 portant chacune une bobine individuelle 12, les bobines 12 étant connectées électriquement entre elles de manière à être alimentées par un courant triphasé.
Le rotor 20 est à concentration de flux, les aimants permanents 21 étant disposés entre des pièces polaires 22. Les aimants permanents 21 et les pièces polaires 22 sont fixés de façon appropriée sur un arbre 23 de la machine. Les pièces polaires 22 peuvent être maintenues sur l'arbre 23 par collage, ou encore par réalisation de formes complémentaires sur l'arbre et les pièces polaires, ou encore être maintenues par des barreaux engagés dans les pièces polaires 22 et fixés à leurs extrémités à des flasques du rotor.
Les pièces polaires 22 sont réalisées par un empilage de tôles magnétiques recouvertes chacune d'un vernis isolant, afin de limiter les pertes par courants induits.
Les aimants 21 ont des polarités de même nature, dirigées vers la pièce polaire 22 disposée entre eux, comme on peut le voir sur la figure 1. Les pièces polaires 22 comportent chacune une partie saillante 27, et leur face tournée vers le stator 10 présente une portion convexe 24. La portion convexe 24 d'une pièce polaire 22 peut présenter un rayon de courbure compris entre 20 % et 30 % d'un rayon du stator, notamment du rayon intérieur du stator, voire 25 % environ. Chaque portion convexe 24 comporte des extrémités circonférentielles 25 angulairement décalées par rapport aux aimants permanents 21 adjacents. Le décalage angulaire β des extrémités circonférentielles 25 par rapport aux aimants permanents 21 adjacents peut être compris :
^ 80° + 100° ,. . , , 90° entre et , étant par exemple de environ, pour une
^dents ndents ndents machine dont le rapport entre le nombre de dents ndents du stator et le nombre de pôles nPôies du rotor est de 3/2 ou qui vérifie la relation dents = , avec n entier supérieur ou égal n p6ieS 6n - 2 à 2, par exemple égal à 2 ou 3, et
50° 70° 60° entre et , étant par exemple de environ, pour une
"dents '''dents dents machine qui vérifie la relation d "s = , avec n entier supérieur ou égal à 2, par n pôles 6n + 2 exemple égale à 2 ou 3.
Dans ces relations, n ents désigne le nombre de dents 11 du stator et nPôies le nombre de pièces polaires 27.
Les aimants permanents 21 se situent radialement en retrait des extrémités circonférentielles 25 des portions convexes 24. Le retrait r dans la direction radiale des aimants 21 par rapport aux extrémités circonférentielles 25 des portions convexes 24 peut être compris entre 10 % et 20 %, voire de 15 % environ du rayon intérieur R du stator.
Chaque pièce polaire 22 comporte en outre deux épaulements 26 situés de part et d'autre de la partie saillante 27, chaque aimant permanent 21 se situant entre deux épaulements 26. Les parties saillantes 27 de chacune des pièces polaires 22 du rotor ont des bords radiaux 28 qui tout comme les extrémités circonférentielles 25 sont décalés angulairement par rapport aux faces 29, dirigées radialement, des aimants permanents 21 adjacents. Les aimants permanents 21 présentent, lorsque la machine est observée selon l'axe de rotation X, une section transversale de forme allongée dans une direction radiale.
Cette section transversale est, dans l'exemple décrit, rectangulaire, de grand côté orienté parallèlement à un rayon de la machine. En variante, les aimants permanents pourraient présenter chacun une forme de coin.
Dans l'exemple considéré, le rotor comporte dix pôles et le stator douze dents, le stator comportant ainsi 6n dents et le rotor 6n ± 2 pôles, n étant égal à 2. On ne sort pas du cadre de la présente invention si n est supérieur à 2.
Dans l'exemple décrit, le rotor est intérieur, mais on ne sort pas du cadre de la présente invention si le rotor est extérieur, ou si la machine comporte à la fois un rotor intérieur et un rotor extérieur, disposés chacun radialement de part et d'autre du stator et accouplés en rotation. Le moteur satisfait avantageusement, conformément à l'invention, à la relation Xd > Xq.
Dispositif de commande
La machine qui vient d'être décrite en référence à la figure 1 peut être commandée par un dispositif de commande permettant son fonctionnement à puissance constante sur une large plage de vitesses de rotation du rotor, comme cela va être décrit en référence aux figures 2 et 3. Ce dispositif de commande est particulièrement adapté à une machine pour laquelle d > Xq.
Pour plus de clarté, on a représenté sur la figure 2 un repère bien connu lié à la pulsation électrique ω, comportant un axe direct d ayant le même sens et la même direction que le flux inducteur φ, ou flux principal, qui traverse une phase de l'induit, et un axe en
71 quadrature q décalé d'un angle de + — par rapport à l'axe direct d. Les grandeurs
sinusoïdales peuvent y être représentées par des vecteurs fixes.
Dans ce qui suit, on utilise les valeurs unitaires e, Xd et xq définies plus haut.
Le décalage du courant unitaire i par rapport à la force électromotrice unitaire e est choisi pour maintenir la tension constante aux vitesses supérieures à la vitesse de base puisque la composante unitaire i de i dans l'axe direct d va créer un flux qui va s'opposer au flux principal, la force magnétomotrice totale se trouvant donc réduite et entraînant par conséquent une chute de la tension unitaire induite v, cela sans nuire outre mesure au couple moteur, le dispositif de commande étant agencé de manière à permettre à la machine de fonctionner avec le couple le plus grand possible au-delà de la vitesse de base. En particulier, le dispositif de commande vise à permettre de fonctionner avec une puissance au delà de la vitesse de base sensiblement égale à la puissance à la vitesse de base.
Le moteur synchrone 1 est alimenté par un courant triphasé provenant d'un onduleur 35 comportant six interrupteurs électroniques 60, par exemple un ou plusieurs IGBT, associés chacun à une diode 61, et commandés par six signaux de commande 62 provenant d'un contrôleur vectoriel 37. Ce dernier permet de corriger l'intensité du courant fourni au moteur en fonction de consignes d'intensités directe idet en quadrature iq qu'il reçoit d'un calculateur principal 45, des intensités mesurées ia et ib pour deux des trois phases, et d'une information de position angulaire θ.
L'information de position angulaire θ est transmise par un calculateur de position 40 relié à un capteur de position 39.
Le capteur de position 39 est également relié à un calculateur de vitesse 41.
La valeur de la vitesse de rotation Ω calculée par le calculateur de vitesse 41 est transmise au calculateur principal 45, à un multiplieur 46 et à un soustracteur 47.
La vitesse de rotation Ω est soustraite à une consigne de vitesse de rotation du rotor Ω* dans le soustracteur 47, puis la différence Ω*-Ω est traitée par un circuit de régulation 48 de type PID (proportionnelle-intégrale-dérivée) et transmise à un calculateur de couple 49 qui détermine une consigne de couple t* en fonction de l'écart entre la vitesse de rotation mesurée Ω et la consigne de vitesse de rotation du rotor Ω*. La consigne de couple t* est plafonnée au couple maximum tmax que la machine est capable de fournir. La consigne de couple t* est transmise au multiplieur 46 qui, en fonction de la vitesse de rotation mesurée Ω du rotor, calcule une consigne de puissance p*.
Cette consigne de puissance p* est transmise au calculateur principal 45.
Par ailleurs, la tension VDC aux bornes de l'onduleur 35 est mesurée et transmise au calculateur principal 45 par un circuit de régulation 50 du type PID pour lisser les variations éventuelles. Ce circuit de régulation 50 fournit une tension unitaire v qui peut varier, étant dépendante de la tension du réseau. Le calculateur principal 45 détermine à partir des données qu'il reçoit les intensités directe i et en quadrature iq correspondant au fonctionnement à la puissance p*.
Ces valeurs i et iq sont transmises au contrôleur vectoriel 37 et lui permettent de commander, comme cela a été décrit précédemment, l'onduleur 35.
Le calculateur principal 45 peut déterminer les valeurs id et iq par accès à un registre 53 contenant des valeurs précalculées, comme illustré à la figure 4. Ce registre 53 regroupe les valeurs de id et iq pour un grand nombre d'entrées v, p* et Ω. Pour des valeurs v, p* et Ω, le calculateur détermine les valeurs de v, p* et Ω les plus proches pour lesquelles on connaît, dans le registre, 53 id (v, p*, Ω) et iq (v, p*, Ω).
Le calculateur principal 45 peut encore déterminer id et iq analytiquement, par un calcul en temps réel, grâce aux formules suivantes : id = -i sinα et iq = i cosα,
α = arctg
Figure imgf000016_0001
Figure imgf000016_0002
(x, y) étant l'une des racines réelles des équations
Figure imgf000016_0003
Les termes « calculateur », « registre », « circuit de régulation », « soustracteur » et « multiplicateur » doivent être compris au sens large. Toutes ces fonctions peuvent être réalisées par un ou plusieurs circuits électroniques spécifiques logés sur une ou plusieurs cartes électroniques. Ces fonctions peuvent être réalisées sous forme matérielle et/ou logicielle. En particulier, les éléments 40, 41, 47, 48, 49, 46, 45, 50 et 37 peuvent être intégrés dans une même carte électronique comportant un ou plusieurs micro contrôleurs et/ou micro processeurs.
Dans l'exemple considéré, le rapport de défluxage est de 6, c'est-à-dire que la vitesse maximale de rotation du rotor est de six fois la vitesse de base, et par exemple de 1 350 tours par minute environ. On ne sort bien entendu pas du cadre de la présente invention si le rapport de défluxage est différent de 6, notamment est supérieur ou égal à 2 par exemple. On dimensionne alors les interrupteurs électroniques 60 de l'onduleur 35 en conséquence.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit. Par exemple, on peut réaliser différemment la machine électrique tout en ayant Xd > Xq.
Dans toute la description, l'expression « comportant un » doit être considérée comme étant synonyme de « comportant au moins un », sauf si le contraire est spécifié.

Claims

REVENDICATIONS
1. Machine électrique synchrone comportant :
- un stator (10), et - au moins un rotor (20) à aimants permanents (21), caractérisée par le fait qu'elle est agencée de manière à avoir Xd > Xq, où Xd est la reactance directe et Xq la reactance en quadrature.
2. Machine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que Xd/Xq > 1,1, mieux Xd/Xq > 1,5.
3. Machine selon la revendication 2, caractérisée par le fait que Xd/Xq = 3.
4. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que Xq I0/E est compris entre 0,33 et 0,6.
5. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que Xd Io/E est compris entre 0,66 et 1.
6. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le stator (10) comporte des dents (11) portant chacune au moins une bobine individuelle (12).
7. Machine selon la revendication précédente, caractérisée par le fait que les dents (11) du stator (10) sont dépourvues d'épanouissements polaires.
8. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le rotor (20) est à concentration de flux, les aimants permanents
(21) du rotor étant disposés entre des pièces polaires (22).
9. Machine selon la revendication précédente, caractérisée par le fait que les pièces polaires (22) du rotor comportent chacune une face tournée vers le stator (10) qui présente une portion convexe (24).
10. Machine selon la revendication précédente, caractérisée par le fait que la portion convexe (24) d'une pièce polaire (22) présente un rayon de courbure compris entre 20 % et 30 % du rayon intérieur (R) du stator.
11. Machine selon la revendication précédente, caractérisée par le fait que les extrémités circonférentielles (25) de la portion convexe (24) d'une pièce polaire (22) sont décalées angulairement par rapport aux aimants permanents (21) adjacents à cette pièce polaire (22).
12. Machine selon la revendication précédente, caractérisée par le fait que le décalage angulaire β des extrémités circonférentielles (25) par rapport aux aimants permanents (21) adjacents est compris :
^ 80° + 100° ,+ + + . , 90° entre et , étant notamment de environ, pour une
^dents ndents ndenls machine dont le rapport entre le nombre de dents ndents du stator et le nombre de pôles
ripôies du rotor est de 3/2 ou qui vérifie la relation , avec n entier supérieur
Figure imgf000019_0001
ou égal à 2, et
. 50° . 70° ,. . + . , 60° entre et , étant notamment de environ, pour une
''dents dents n dents
machine qui vérifie la relation dents = , avec n entier supérieur ou égal à 2. n pâιes 6n + 2
13. Machine selon l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisée par le fait que chacun des aimants permanents (21) du rotor (20) se situe radialement en retrait des extrémités circonférentielles des portions convexes (24) des deux pièces polaires adjacentes (22).
14. Machine selon la revendication précédente, caractérisée par le fait que le retrait (r) dans la direction radiale des aimants (21) par rapport aux extrémités circonférentielles (25) des portions convexes (24) est compris entre 10 % et 20 % du rayon intérieur (R) du stator (10).
15. Machine selon l'une quelconque des revendications 8 à 14, caractérisée par le fait que chacune des pièces polaires (22) du rotor (20) comporte deux épaulements (26), au moins un aimant permanent (21) se situant entre les épaulements de deux pièces polaires (22) adjacentes.
16. Machine selon l'une quelconque des revendications 8 à 15, caractérisée par le fait que chacune des pièces polaires (22) du rotor (20) comporte une partie saillante (27) s'étendant en direction du stator (10), ayant des bords radiaux (28) qui sont décalés angulairement par rapport à des bords (29), dirigés radialement, des aimants permanents (21) adjacents à la pièce polaire (22).
17. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les aimants permanents (21) présentent, lorsque la machine est observée selon l'axe (X) de rotation du rotor, une section transversale de forme allongée d'axe longitudinal s'étendant dans une direction radiale.
18. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les aimants permanents (21) du rotor (20) présentent, lorsque la machine est observée selon l'axe (X) de rotation du rotor, une section transversale rectangulaire de grand côté orienté parallèlement à un rayon de la machine.
19. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le stator (10) comporte 6n dents (11) et le rotor (20) 6n ± 2 pôles (22), n étant supérieur ou égal à 2.
20. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comporte un seul rotor intérieur.
21. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la puissance de la machine est supérieure ou égale à 0,5 kW.
22. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle constitue un générateur.
23. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 21, caractérisée par le fait qu'elle constitue un moteur.
24. Ensemble comportant :
- une machine telle que définie dans l'une quelconque des revendications 1 à 19, cette machine constituant un moteur synchrone, et
- un dispositif de commande d'un moteur synchrone permettant le fonctionnement du moteur à puissance sensiblement constante P0 sur une plage de vitesses de rotation du rotor, comportant un calculateur (45) agencé pour déterminer les valeurs d'intensités directe Id et en quadrature Iq du courant d'alimentation du moteur, les intensités Id et Iq étant égales, à 20 % près, mieux à 10 % près, mieux encore à 5 % près, à : Id = id-Io = -i sin α.I0 et Iq = iq.I0 = i cos .I0; où I0 est l'intensité maximale du courant imposée par le calibre du dispositif de commande,
α = arctg
Figure imgf000020_0001
le courant unitaire circulant dans une phase de
Figure imgf000021_0001
l'induit,
(x, y) étant l'une des racines réelles des équations
Figure imgf000021_0002
m désigne le rapport entre la vitesse de rotation du rotor et la vitesse de base, e est le rapport entre, d'une part, la force électromotrice, et d'autre part, le produit de m par la tension V0 imposée par le réseau d'alimentation, v est le rapport entre la tension aux borne d'une phase de l'induit et la tension maximale par phase V0 imposée par le réseau d'alimentation, p est le rapport entre la puissance effective et la puissance P0, α le déphasage entre l'intensité et la force électromotrice, X„ L d le quotient ^d o Xd étant la reactance directe, et m V„
xq le quotient X , où Xq est la reactance en quadrature. m V0
25. Ensemble selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que la racine (x, y) choisie est celle qui minimise i.
26. Ensemble selon l'une quelconque des deux revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte :
- un onduleur (35) triphasé,
- un contrôleur vectoriel (37) agencé pour transmettre en fonction des intensités id et iq des signaux de commande à des interrupteurs électroniques (60) de l'onduleur (35).
27. Procédé de contrôle d'un moteur tel que défini dans la revendication 23, dans lequel :
- on mesure au moins la tension d'alimentation (VDC) d'un onduleur relié au moteur et la vitesse de rotation (Ω) du moteur, et
- on détermine par calcul en temps réel et/ou par accès à un registre sur la base au moins de la tension VDC et de la vitesse mesurée les intensités directe id et en quadrature iq du courant d'alimentation permettant de maintenir la puissance constante pour une consigne de vitesse (Ω*) donnée au-dessus de la vitesse de base.
28. Procédé selon l'une quelconque des deux revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on détermine une consigne de couple t* en fonction au moins de l'écart entre la vitesse de rotation mesurée (Ω) et la consigne de vitesse de rotation du rotor (Ω*).
29. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que l'on détermine une consigne de puissance (p*) en fonction au moins de la consigne de couple et de la vitesse de rotation mesurée.
30. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que l'on calcule les intensités directe i et en quadrature iq en temps réel à partir de la consigne de puissance, de la vitesse de rotation mesurée et de la tension continue d'alimentation de l'onduleur.
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