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Patent 2938750 Summary

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Claims and Abstract availability

Any discrepancies in the text and image of the Claims and Abstract are due to differing posting times. Text of the Claims and Abstract are posted:

  • At the time the application is open to public inspection;
  • At the time of issue of the patent (grant).
(12) Patent Application: (11) CA 2938750
(54) English Title: SYNCHRONOUS MACHINE PROVIDED WITH AN ANGULAR POSITION SENSOR
(54) French Title: MACHINE SYNCHRONE EQUIPEE D'UN CAPTEUR DE POSITION ANGULAIRE
Status: Dead
Bibliographic Data
(51) International Patent Classification (IPC):
  • H02K 11/21 (2016.01)
  • H02K 11/215 (2016.01)
(72) Inventors :
  • DUMAS, PIERRE (France)
(73) Owners :
  • LOHR ELECTROMECANIQUE (France)
(71) Applicants :
  • LOHR ELECTROMECANIQUE (France)
(74) Agent: BROUILLETTE LEGAL INC.
(74) Associate agent:
(45) Issued:
(86) PCT Filing Date: 2015-02-24
(87) Open to Public Inspection: 2015-08-27
Availability of licence: N/A
(25) Language of filing: French

Patent Cooperation Treaty (PCT): Yes
(86) PCT Filing Number: PCT/FR2015/050443
(87) International Publication Number: WO2015/124882
(85) National Entry: 2016-08-03

(30) Application Priority Data:
Application No. Country/Territory Date
1451446 France 2014-02-24

Abstracts

English Abstract

The invention relates to a synchronous machine (1) including a stator (2) and a rotor (3). Said machine is provided with at least one sensor (1a) of the angular position of the rotor (3) and is characterized in that the stator (2) includes a winding provided such as to be supplied with polyphase current by an electronic power device. The rotor (3), which includes permanent magnets (4), is provided such as to rotate about the stator (2). The angular position sensor (1a) extends away from the rotor (3) and is in alignment with the latter at the permanent magnets (4). The angular position sensor (1a) includes at least two sensors (6) for measuring magnetic induction and are provided for detecting variation in the axial magnetic field of the rotor (3) in the form of voltage, and the angular position sensor (1a) moreover includes at least one electronic unit provided for receiving the voltages of the magnetic induction measurement sensors (6) such as to absolutely deduce therefrom the angular position of the rotor (3) and send corresponding information, in real time, to the electronic power device.


French Abstract

L'invention concerne une machine synchrone (1) comprenant un stator (2) et un rotor (3), ladite machine étant équipée d'au moins un capteur de position angulaire (la) du rotor (3) caractérisée en ce que le stator (2) comprend un bobinage prévu pour être alimenté en courant polyphasé par un dispositif d'électronique de puissance, le rotor (3) comprenant des aimants permanents (4) est prévu pour se mouvoir en rotation autour du stator (2), le capteur de position angulaire (la) s'étend à distance du rotor (3) et en regard de celui-ci, au niveau des aimants permanents (4), le capteur de position angulaire (la) comprend au moins deux capteurs de mesure de l'induction magnétique (6) prévus pour détecter la variation du champ magnétique axial du rotor (3) sous la forme d'une tension et le capteur de position angulaire (la) comprend au moins une unité électronique prévue pour recevoir les tensions des capteurs de mesure de l'induction magnétique (6) pour en déduire la position angulaire du rotor (3) de manière absolue et pour transmettre une information correspondante en temps réel au dispositif d'électronique de puissance.

Claims

Note: Claims are shown in the official language in which they were submitted.


13

REVENDICATIONS
1. Machine synchrone
(1) comprenant un stator (2) et un rotor
(3), ladite machine (1) étant équipée d'au moins un module capteur de position

angulaire (la) du rotor (3) et caractérisée en ce que :
- le stator (2) comprend un bobinage prévu pour être alimenté en courant
alternatif polyphasé par un dispositif d'électronique de puissance de type
onduleur,
- le rotor (3) comprenant des moyens pour générer une induction
magnétique est prévu pour se mouvoir en rotation lorsque le stator (2) est
alimenté,
- le module capteur de position angulaire (1 a) comprend au moins un couple

de deux capteurs de mesure de l'induction magnétique (6) pour détecter la
variation du champ magnétique axial généré par les moyens pour générer
une induction magnétique en délivrant une tension, lesdits capteurs (6) du
ou de chaque module (la) présentant un écart angulaire de 900 électriques,
- les capteurs de mesure de l'induction (6), solidarisés avec le stator
(2),
s'étendent au niveau d'une extrémité axiale (3a) du rotor (3), en regard et à
proximité immédiate des chants axiaux (4a) des moyens pour générer une
induction magnétique, et
- le module capteur de position angulaire (1a) comprenant au moins une
unité électronique pour recevoir les tensions délivrées par les capteurs de
mesure de l'induction magnétique (6), pour en déduire la position
angulaire du rotor (3) de manière absolue et pour transmettre une
information correspondante, en temps réel, au dispositif d'électronique de
puissance.
2. Machine synchrone (1) selon la revendication 1,
caractérisée n ce que le rotor (3) s'étend autour du stator (2).
3. Machine synchrone (1) selon la revendication 1 ou 2,
caractérisée en ce que les capteurs de mesure de l'induction magnétique (6)
sont
fixés ct répartis sur au moins un support amovible (7) de manière à s'étendre
selon
une ligne dont la courbure épouse sensiblement la courbure de la succession
des
chants axiaux (4a) des moyens pour générer une induction magnétique.
4. Machine synchrone selon la revendication 1 ou 2,
caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux modules capteur de position
angulaire (1a) présentant un écart angulaire mutuel.

14

5. Machine synchrone (1) selon l'une quelconque des
revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte deux supports
amovibles
(7) pourvus chacun de cinq capteurs de mesure de l'induction magnétique (6).
6. Machine synchrone (1) selon la revendication 3 ou 4,
caractérisée en ce que le support amovible (7) comporte au moins un circuit
électronique de l'unité électronique.
7. Machine synchrone (1) selon l'une quelconque des
revendications 3 à 5, caractérisée en ce que le support amovible (7) comporte
un
capteur de température (9).
8. Machine synchrone (1) selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisée en ce que les capteurs de mesure de
l'induction magnétique (6) sont des capteurs à effet Hall.
9. Machine synchrone (1) selon l'une quelconque des
revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les capteurs de mesure de
l'induction
magnétique (6) sont des capteurs à magnétorésistance.
10. Machine synchrone (1) selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisée en ce que le dispositif
d'électronique de
puissance comprend un convertisseur (14) pilotant ladite machine synchrone (1)

par une modulation de largeurs d'impulsions.
11. Machine synchrone (1) selon l'une quelconque des
revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les moyens pour générer une
induction
magnétique sont des aimants permanents (4).
12. Machine synchrone (1) selon l'une quelconque des
revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les moyens pour générer une
induction
magnétique sont constitués de bobinages électriques.
13. Machine synchrone (1) selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle constitue un moteur-
roue
d'un véhicule.


Description

Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.


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WO 2015/124882
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1
MACHINE SYNCHRONE EOUIPEE D'UN CAPTEUR DE POSITION
ANGULAIRE
Domaine technique
La présente invention se rapporte au domaine technique général des
capteurs de. position angulaire ainsi qu'au domaine technique général des
machines synchrones comportant des moyens pour générer une induction
magnétique et un tel capteur de position.
La présente invention concerne plus particulièrement une machine
synchrone à force électromotrice sinusoïdale, comportant un capteur de
position
pour commander l'alimentation électrique de ladite machine. L'invention trouve

son application principalement dans des machines synchrones alimentées par une

tension alternative polyphasée.
L'invention sera décrite ci-après plus particulièrement mais non
limitativement avec des moyens pour générer une induction magnétique
constitués à titre d'exemple de réalisation d'aimants permanents.
Une machine synchrone à aimants permanents est constituée d'un
stator bobiné et d'un rotor portant les aimants permanents. Une telle machine
est
alimentée et pilotée par l'intermédiaire d'une électronique de puissance.
Une machine synchrone à aimants permanents et à force
électromotrice sinusoïdale, peut être pilotée avec un système de commande
vectorielle. Ce type de pilotage, connu en tant que tel, permet d'obtenir des
performances élevées à savoir, une grande précision et une dynamique de couple

élevée. Ces performances sont nécessaires, en particulier pour les moteurs de
traction.
Un système de commande permettant d'obtenir des performances
élevées, requiert cependant une connaissance précise de la position angulaire
du
rotor et cela en temps réel. La position angulaire du rotor est généralement
donnée
par un capteur de position lequel est constitué notamment d'une partie
tournante
liée mécaniquement au rotor. On connait ainsi différentes technologies
permettant
de déterminer la position angulaire du rotor. On peut citer à titre d'exemple
le
capteur de position appelé resolver , le codeur digital incrémentai ou le
codeur
absolu.
Ces technologies connues présentent cependant des inconvénients.
En effet ces capteurs de position connus comportent tous une partie tournante
liée
mécaniquement au rotor. Ceci constitue une contrainte importante lors de la
conception de la machine dans laquelle il faut intégrer le capteur de
position. La

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partie tournante du capteur de position angulaire est en général entraînée en
rotation par l'intermédiaire d'un tube d'entraînement. Un tel tube
d'entraînement,
traverse en .général le stator et présente très souvent une inertie importante

pouvant conduire à un ralentissement de la mesure de la position angulaire. Le
manque de précision lié à une telle mesure conduit à une altération des
performances de la machine. En outre, le fait de devoir traverser la machine
pour
récupérer une information de position angulaire augmente substantiellement la
complexité de l'ensemble. 11 est alors nécessaire d'utiliser un nombre plus
important de pièces mécaniques, ce qui augmente les risques de défaillances.
Par ailleurs, lors de la première mise en service d'une machine
synchrone cônnue, une opération dite opération de calage, doit être effectuée
par
un convertisseur. Au cours de cette opération, la machine est en rotation et
le
convertisseur mesure l'angle correspondant au passage par zéro de la force
électromotrice. Cette opération de calage doit être effectuée à nouveau lors
d'une
opération de maintenance du type changement de capteur, changement d'une
pièce électromagnétique du rotor ou du stator, ou changement de la machine
complète. Une telle opération de calage est souvent très difficile à réaliser
en
particulier pour les véhicules longs du type véhicule ferroviaire, dans la
mesure où
il faut soulever lesdits véhicules pour permettre une orientation libre des
roues
lors du calage.
L'opération de calage est cependant très importante car un décalage
angulaire entre la position angulaire mesurée et la position réelle du rotor
conduit
à une chute importante du couple. A titre d'exemple un décalage de un degré
mécanique conduit à une chute de couple d'environ 5 % et un décalage de deux
degrés mécaniques conduit à une chute de couple de 20 %.
On connaît également par l'intermédiaire du document EP
1 758 230, une machine électrique tournante comportant notamment un rotor à
aimants permanents et un ou plusieurs capteurs magnétiques pour détecter une
fuite de flux magnétique s'échappant dudit rotor. Dans une telle machine, dans
laquelle le stator s'étend autour du rotor, la détection de flux magnétique ne
permet pas d'obtenir la position angulaire absolue dudit rotor.
Divulgation. de l'invention
L'objet de la présente invention vise par conséquent à remédier aux
inconvénients mentionnés ci-dessus et à fournir une nouvelle machine synchrone
comportant un module capteur de position angulaire délivrant de façon fiable
des
valeurs d'induction magnétiques pour déterminer les positions angulaires
absolues

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du rotor.
Un autre objet de la présente invention vise à fournir une nouvelle
machine synchrone dans laquelle le montage et le remplacement d'un module
capteur de position angulaire est extrêmement simple.
Un autre objet de la présente invention vise à fournir une nouvelle
machine synchrone s'affranchissant d'une opération complexe de calage lors de
la
première mise en service de ladite machine ou à l'issue d'une opération de
maintenance.
Les objets assignés à l'invention sont atteints à l'aide d'une
machine synchrone comprenant un stator et un rotor, ladite machine étant
équipée
d'au moins un module capteur de position angulaire du rotor et caractérisée en
ce
que:
- le stator comprend un bobinage prévu pour être alimenté en courant
alternatif
polyphasé par un dispositif d'électronique de puissance de type onduleur
alimenté en courant,
- le rotor comprenant des moyens pour générer une induction magnétique est
prévu pour se mouvoir en rotation lorsque le stator est alimenté en courant
alternatif;
- le module capteur de position angulaire comprend au moins un couple de
deux capteurs de mesure de l'induction magnétique pour détecter la variation
du champ magnétique axial généré par les moyens pour générer une induction
magnétique en délivrant une tension, lesdits capteurs (6) du ou de chaque
couple de capteurs (6) présentant un écart angulaire de 90 électriques,
- les capteurs de mesure de l'induction, solidarisés avec le stator,
s'étendent au
niveau d'une extrémité axiale du rotor, en regard et à proximité immédiate
des chants axiaux des moyens pour générer une induction magnétique, et
- le module capteur de position angulaire comprenant au moins une unité
électronique pour recevoir les tensions délivrées par les capteurs de mesure
de
l'induction magnétique, pour en déduire la position angulaire du rotor de
manière absolue et pour transmettre une information correspondante, en
temps réel, au dispositif d'électronique de puissance.
Selon un exemple de réalisation de la machine synchrone conforme
à l'invention, le rotor s'étend autour du stator.
Selon un exemple de réalisation de la machine synchrone conforme
à l'invention, les capteurs de mesure de l'induction magnétique sont fixés et
répartis sur au moins un support amovible de manière à s'étendre selon une
ligne
dont la courbure épouse sensiblement la courbure de la succession des chants

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axiaux des moyens pour générer une induction magnétique.
Selon un exemple de réalisation conforme à l'invention, la machine
synchrone comprend au moins deux modules capteur de position angulaire
présentant un écart angulaire mutuel.
Selon un exemple dc réalisation conforme à l'invention, la machine
synchrone comporte deux supports amovibles pourvus chacun de cinq capteurs de
mesure de l'induction magnétique.
Selon un exemple de réalisation de.la machine synchrone conforme
à l'invention, le support amovible comporte au moins un circuit électronique
de
l'unité électronique.
Selon un exemple de réalisation de la machine synchrone conforme
à l'invention, le support amovible comporte un capteur de température pour
mesurer la température ambiante de ladite machine synchrone.
Selon un exemple de réalisation de la machine synchrone conforme
à l'invention, les capteurs de mesure de l'induction magnétique sont des
capteurs
à effet Hall.
Selon un autre exemple de réalisation de la machine synchrone
conforme à l'invention, les capteurs de mesure de l'induction magnétique sont
des
capteurs à magnétorésistance.
Selon un exemple de réalisation de la machine synchrone conforme
à l'invention, le dispositif d'électronique de puissance comprend un
convertisseur
pilotant ladite machine synchrone par une modulation de largeurs d'impulsions.

Selon un exemple de réalisation de la machine synchrone conforme
à l'invention, les moyens pour générer une induction magnétique sont des
aimants
permanents.
Selon un autre exemple de réalisation de la machine synchrone
conforme à l'invention, les moyens pour générer une induction magnétique sont
constitués de bobinages électriques.
La machine synchrone conforme à l'invention constitue
avantageusement un moteur-roue d'un véhicule ferroviaire ou routier.
La machine synchrone conforme à l'invention présente donc
l'avantage de fournir une mesure précise, en temps réel, de la position
angulaire
du rotor et ceci dc manière absolue.
. Un autre avantage de la machine synchrone conforme à l'invention
résulte dc la possibilité de détecter par l'intermédiaire de son module
capteur de
position angulaire, un éventuel court-circuit entre deux phases dans la
machine.

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. Un autre avantage de la machine synchrone conforme à l'invention
est lié au fait qu'elle ne nécessite aucune opération de calage, notamment
après
une opération de maintenance.
Un autre avantage de la machine synchrone conforme à l'invention
5 résulte du fait
que le module capteur de position, grâce à la mesure directe du
champ produit par les aimants permanents, de connaître l'évolution du champ
magnétique en fonction du temps et d'estimer ainsi si la machine est saine ou
si
elle a subi un vieillissement préjudiciable aux performances de la machine
synchrone.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront
également des dessins donnés à titre illustratif et non limitatif dans
lesquels :
- la figure 1 illustre un exemple de réalisation d'une machine synchrone
conforme à l'invention intégrant un module capteur de position angulaire sur
une partie d'un stator ;
- la figure 2 représente un détail, en coupe, de la figure I ;
- la figure 3 est une illustration d'un exemple de réalisation d'un support

amovible pour le module capteur de position angulaire en vue de face, destiné
à être inséré dans une machine synchrone conforme à l'invention ;
- la figure 4 illustre un synoptique des moyens électroniques nécessaires
au
fonctionnement du module capteur de position angulaire d'une machine
synchrone conforme à l'invention ;
- la figure 5 illustre à l'aide d'un schéma fonctionnel, un exemple de système

de commande vectorielle d'une machine synchrone à aimants permanents et à
force électromotrice sinusoïdale, conforme à l'invention ;
- la figure 6, un exemple de signaux mesurés par des capteurs d'induction
magnétique avec une machine synchrone conforme à l'invention ;
- la figure 7, un exemple de signaux corrigés, obtenus grâce à un module
capteur de position angulaire comportant deux capteurs, donnant des valeurs
d'un champ axial normalisé en fonction du temps; et
- la figure 8, la représentation de la position angulaire calculée à partir du
champ axial mesuré dans une machine synchrone à deux pôles conforme à
l'invention.
=

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Description détaillée des figures
La figure 1 illustre un exemple de réalisation d'une machine
synchrone 1 comportant un capteur de position angulaire monté sur un stator 2
illustré schématiquement à la figure 4. La figure 1 montre une partie
d'extrémité
2a, par exemple en forme dc flasque solidaire mécaniquement du stator 2.
La machine synchrone 1 comprend également un rotor 3 pourvu
d'aimants permanents 4.
La partie d'extrémité 2a recouvre au moins partiellement et sans
contact une extrémité axiale 3a du rotor 3. Un exemple d'agencement entre
l'extrémité axiale 3a et la partie d'extrémité 2a est illustré plus en détails
à la
figure 2.
Le stator 2 comprend un bobinage non représenté, prévu pour être
alimenté en 'courant polyphasé par l'intermédiaire d'un dispositif
d'électronique
de puissance appelé également convertisseur ou onduleur. Ce dernier est
avantageusement alimenté en tension et en courant.
Le rotor 3 présente avantageusement une forme sensiblement
cylindrique 3b dont la face interne est recouverte d'aimants permanents 4. Le
rotor 3 est destiné à tourner autour dc la partie du stator 2 s'étendant dans
l'espace
libre délimité intérieurement audit rotor 3.
Les aimants permanents 4 sont par exemple empilés selon une
direction axiale dans des rainures axiales ménagées dans la face interne du
cylindre 3b. Le montage et la fixation des aimants permanents 4 sur la face
interne
du rotor 3 est effectué de manière connue.
A titre d'exemple les aimants permanents 4 sont introduits par
coulissements dans des rainures axiales et maintenus radialcmcnt grâce à une
complémentarité de formes desdites rainures et desdits aimants permanents 4.
Les aimants permanents 4 sont bloqués axialement dans chaque
rainure par l'intermédiaire d'une pièce de maintien 5 en matériau amagnétique,

illustrée plus en détails à la figure 2.
Selon un exemple de réalisation, non limitatif, la pièce de maintien
5 constitue une butée 5a empêchant des mouvements axiaux des aimants
permanents 4 engagés dans la rainure correspondante. Les dimensions et les
formes de la pièce dc maintien 5 sont choisies de manière à ne pas entraver
l'accès
à une zone localisée en regard d'une partie au moins du chant axial 4a du
dernier
l'aimant permanent 4 engagé dans chaque rainure. D'autres solutions techniques
de maintien connues sont également envisageables.

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L'extrémité axiale 3a du cylindre 3b, laquelle ne comporte pas
d'aimants permanents 4, présente à cet effet avantageusement une forme
légèrement évasée dans une direction radiale. Une telle conformation permet
ainsi
de limiter l'encombrement résultant de la fixation de la pièce de maintien 5.
Une
pièce de maintien 5 est avantageusement fixée sur le cylindre 3b, à
l'extrémité de
chaque rainure à l'aide d'une vis 5b, bloquant ainsi axialement toutes les
rangées
d'aimants permanents 4.
La machine synchrone 1 conformément à l'invention comporte
également un module capteur de position angulaire la du rotor 3. Le module
capteur de Position angulaire comporte notamment un ou plusieurs couples de
capteurs de mesure de l'induction magnétique 6. Ces derniers sont prévus pour
détecter la variation du champ magnétique axial généré par les aimants
permanents 4. Cette variation du champ magnétique axial est détectée et
transformée en tension délivrée par les. capteurs de mesure de l'induction
magnétique 6.
L'écart angulaire entre les capteurs 6 de chaque couple est de 90
électrimies. A titre d'exemple, 90 électriques représentent 4.5 mécaniques
pour
un moteur de 20 paires de pôles.
Le module capteur de position angulaire la comprend également au
moins une unité électronique prévue pour recevoir les tensions d'induction des
capteurs de mesure de l'induction magnétique 6 et pour en déduire la position
angulaire du rotor 3. Cette détermination est effectuée de manière absolue.
L'unité électronique permet également de transmettre en temps réel
une information relative de position angulaire du rotor 3 au dispositif
d ' electroniqu. e de puissance.
Les capteurs de mesure de l'induction magnétique 6 sont solidaires
mécaniquement de la partie d'extrémité 2a et s'étendent au niveau d'une
extrémité
axiale du rotor 3, en regard et à proximité immédiate des chants axiaux 4a des

derniers aimants permanents 4 engagés dans les rainures. Lors de la rotation
du
rotor 3, chaque chant axial 4a passe donc devant les capteurs de mesure de
l'induction magnétique 6.
. Les capteurs de mesure magnétique 6 sont avantageusement fixés
sur un support amovible 7.
Le support amovible 7 présente à cet effet une partie de support
axiale 7a et une partie d'extrémité de support 7b. La partie d'extrémité de
support
7b s'étend sensiblement transversalement à la partie de support axiale 7a. Les

capteurs de mesure de l'induction magnétique 6 sont disposés sur une face
externe

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7c de l'extrémité libre de la partie de support axiale 7a.
Le support amovible 7 présente de préférence une courbure
épousant sensiblement la courbure du rotor 3. Les capteurs de mesure de
l'induction magnétique 6 sont avantageusement fixés et répartis sur une la
face
externe 7c, selon une ligne dont la courbure épouse sensiblement la courbure
de la
succession des chants axiaux 4a des aimants permanents 4.
Le support amovible 7 est par exemple introduit dans une fente 8
ménagée dans la partie d'extrémité 2a. Bien entendu la fente 8 présente une
courbure identique ou similaire à celle que présente la partie de support
axiale 7a.
Le support amovible 7, une fois équipé des capteurs de mesure
d'induction magnétique 6, est introduit axialement dans la fente 8 jusqu'à
l'arrivée en butée de la partie de l'extrémité de support 7b sur la face
extérieure de
la partie d'extrémité 2a. Les dimensions du support amovible 7, et en
particulier la
longueur axiale de la partie de support axiale 7a, sont choisies de manière à
ce que
les capteurs de mesure de l'induction magnétique 6 s'étendent à une distance e
des chants axiaux 4a. La distance e est comprise par exemple entre 1,5 et 2,5
millimètres et de préférence égale à 2 millimètres.
Tous types de moyens de fixation, non représentés, peuvent
également être utilisés pour solidariser l'extrémité de support 7b avec la
partie
d'extrémité 2a.
La machine synchrone 1 conforme à l'invention comporte, selon un
exemple de réalisation, au moins deux capteurs de mesure d'induction
magnétique
6 disposés sur un support amovible 7, et positionnés à 90 électriques l'un de

l'autre.
Selon un autre exemple de réalisation, la machine synchrone 1
conforme à l'invention, illustrée à la figure 1, comporte deux supports
amovibles
7 dont chacun est pourvu par exemple d'au moins deux capteurs de mesure
d'induction magnétique 6.
= La figure 3 est une illustration vue de face d'un exemple de
réalisation d'un support amovible 7 comportant cinq capteurs de mesure
d'induction magnétique 6. La machine synchrone 1 conforme à l'invention
comporte ainsi, selon un exemple de réalisation de la figure 3, deux supports
amovibles 7 comportant chacun cinq capteurs de mesure d'induction magnétique
6.

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Avantageusement, la face externe 7e dc la partie de support axiale
7a est pourvue d'un capteur de température 9. Ce dernier permet d'utiliser la
température .ambiante de la machine synchrone 1 pour ajuster son pilotage, car

l'induction dépend de la température.
Selon un exemple de réalisation préférentiel, le support amovible 7
comporte au moins un circuit électronique de l'unité électronique ou une
partie
d'un circuit électronique de ladite unité électronique.
A titre d'exemple, le dispositif d'électronique de puissance est un
convertisseur pilotant la machine synchrone 1 par une modulation de largeurs
d'impulsions.
" Les capteurs de mesure de l'induction magnétique 6 sont de
préférence des capteurs à effet Hall.
Selon un autre exemple de la réalisation de la machine synchrone 1
conforme à l'invention, les capteurs de mesure de l'induction magnétique 6
sont
constitués de capteurs AMRJGMR, dits capteurs à magnétorésistance.
Tandis que les capteurs à effet Hall permettent de mesurer la
composante continue du champ magnétique, les capteurs à magnétorésistance
présentent un fonctionnement se basant sur la variation de la résistance
électrique
d'un matériau en fonction de la direction du champ magnétique qui lui est
appliqué. Ces capteurs sont connus en tant que tels et ne sont par conséquent
pas
décrits davantage.
En utilisant des capteurs à effet Hall ou des capteurs à
magnétorésistance, l'opération de calage du capteur de position angulaire la
n'est
plus nécessaire. En effet, ces capteurs mesurent la répartition spatiale du
champ
magnétique généré par les aimants permanents 4 cl cc même lorsque la machine
=synchrone 1"est à l'arrêt. Ceci permet de s'affranchir de toute opération de
calage
à la mise en service de la machine synchrone 1 ou à la suite d'une opération
de
maintenance de ladite machine synchrone 1. Il en résulte donc un avantage
remarquable pour la machine synchrone 1 conforme à l'invention.
La figure 4 est une illustration synoptique des moyens
électroniques nécessaire au fonctionnement du module capteur dc position
angulaire la de la machine synchrone 1 conforme à l'invention. Cette dernière
comporte donc le stator 2 bobiné et le rotor 3 comportant les aimants
permanents
4.
=

CA 02938750 2016-08-03
WO 2015/124882
PCT/FR2015/050443
=
Le module capteur de position angulaire la comporte donc des
moyens fonctionnels, lesquels comprennent des capteurs de mesure de
l'induction
6, associés à l'unité électronique pour l'acquisition d'un signal et pour le
calcul de
l'angle de positionnement du rotor 3.
5 Les moyens
fonctionnels sont par exemple constitues de deux
capteurs mesure d'induction magnétique 6 montés fixes, sans contact et en
regard
des aimants permanents 4. Les informations issues de ces capteurs de mesure
d'induction 6 sont ensuite amplifiées et filtrées respectivement par des
moyens
d'amplification 10 et des moyens de filtration 11 ayant qu'un calculateur 12
10 n'acquiert
lesdites informations. Ce calculateur 12 de l'unité électronique
détermine donc l'angle rotorique (position angulaire du rotor) à partir des
informations issues des capteurs de mesure d'induction 6 et communique en
temps réel l'angle rotorique à un système de commande vectorielle 13 lequel
commande un convertisseur 14.
= La communication de l'angle rotorique au système de commande
vectorielle 13 est effectuée par l'intermédiaire d'un protocole de type BUS de

terrain du genre SSI, PROFIBUS ou autres. En outre, le signe de l'angle
rotorique
déterminé par le calculateur 12, définit le sens de rotation de la machine
synchrone 1 conforme à l'invention.
La figure 5 illustre à l'aide d'un schéma fonctionnel, le système de
commande vectorielle 13 d'une machine synchrone 1 à aimants permanents 4 et à
force électromotrice sinusoïdale. Dans cet exemple de commande vectorielle, la

machine synchrone 1 comprend le convertisseur 14 alimenté par une tension
électrique.
Le système de commande vectorielle 13 permet de commander le
convertisseur 14 par l'intermédiaire d'une modulation de largeurs d'impulsions

MLI pour générer une tension d'alimentation moyenne sur chacune des phases PI,

P2, P3 de la machine synchrone 1 et par conséquent un courant déterminé dans
chacune desdites phases P1, P2, P3. Le convertisseur 14 transforme donc une
tension livrée par une source de tension U continue en une tension triphasée
d'alimentation de la machine synchrone 1. Cette dernière fonctionne donc en
traction et en alternance en générateur de tension triphasé par exemple
lorsqu'un
véhicule est dans une phase de freinage.
Le système de commande vectorielle 13 comprend une unité de
commande du convertisseur 14, des capteurs de courant 15, un capteur de
tension
16 et le capteur de position angulaire la de la machine synchrone 1.

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WO 2015/124882
PCT/FR2015/050443
11
Le système de commande vectorielle 13 reçoit par exemple la
consigne de couple C. A partir des informations issues des capteurs de courant
15,
du module capteur de position angulaire la et à partir de la consigne C,
l'unité de
commande du convertisseur 14 calcule le vecteur de tension à appliquer au dit
convertisseur 14 pour que la machine synchrone 1 atteigne la consigne de
couple C.
Le système de commande vectorielle 13, en particulier d'une
machine synchrone 1 à aimants permanents 4 et à force électromotrice
sinusoïdale
est connu en tant que tel et ne sera donc pas décrit davantage dans la
présente.
La machine synchrone 1 conforme à l'invention présente
l'avantage remarquable qu'elle comprend un capteur de position angulaire la
permettant d'effectuer une mesure directe du champ magnétique produit par les
aimants perinanents 4 et par conséquent de connaitre l'évolution dudit champ
magnétique en fonction du temps. Ceci permet de détecter une détérioration des

performances des aimants permanents 4 et par conséquent des performances de la
machine synchrone 1 conforme à l'invention.
Par ailleurs, le capteur de position angulaire la de la machine
synchrone 1 conforme à l'invention permet de détecter une augmentation brutale

du champ magnétique induit, résultant d'un court-circuit entre phases.
La figure 6 illustre un exemple de signaux mesurés par des capteurs
d'induction magnétique 6 disposés mutuellement à 90 électrique l'un de
l'autre.
Une telle disposition correspond à un angle mécanique de 4,5 pour une machine

comportant vingt paires de pôles. Un tel module permet de mesurer le champ
axial
produit par les aimants. Les signaux A et B, respectivement en traits fins et
gros,
sont délivrés par deux capteurs 6 respectifs sous forme de tension électrique
V et
sont des signaux sinusoïdaux déformés par la présence d'harmoniques de rang 3
dans le champ axial. Les signaux A et B sont des signaux mesurés et filtrés de

façon connué.
Afin de corriger les non linéarités du signal, il est possible d'utiliser
un dispositif de filtrage adaptatif, connu en tant que tel, ou d'utiliser un
dispositif
de correction basé sur l'utilisation de plusieurs modules capteur de position
angulaire la, présentant un écart angulaire quelconque entre modules.
A la suite de cette correction, les valeurs mesurées, filtrées et
corrigées présentent des formes sinusoïdales A1 et B1 à partir desquelles il
est
possible de ,déterminer la position angulaire du rotor 3. La figure 7
représente
ainsi un exemple des signaux corrigés A1 et B1, obtenus grâce à un module
capteur de position angulaire la comportant deux capteurs 6, donnant des
valeurs
correspondant à un champ axial normalisé en fonction du temps.

CA 02938750 2016-08-03
WO 2015/124882
PCT/FR2015/050443
12
= A titre d'exemple, la figure 8 est une représentation dc la position
angulaire absolue a, appelée angle, calculée à partir du champ axial mesuré
dans
une machine synchrone 1, à deux pôles, conforme à l'invention.
La détermination de la position angulaire a est effectuée par l'unité
électronique selon les calculs précises ci-après, en considérant que y
correspond
aux valeurs illustrées par la courbe du signal B1 et x correspond aux valeurs
illustrées par la courbe du signal Al. Ainsi :
si x > 0 et y > 0 ; a = atan(y/x)
si x = 0 et y > 0 ; a = ir/2
six<0ety>0;a=n+atan(y/x)
six<Oety<0;a=n+atan(y/x)
si x = 0 et y < 0 ; a = 371/2
si x > 0 et y < 0 ; a = atan(y/x) + 27-c
La machine synchrone 1 à aimants permanents 4 et à force
électromotrice sinusoïdale, conforme à l'invention, constitue avantageusement
un
moteur-roue.
La machine synchrone conforme à l'invention peut également être
utilisée comme moteur de treuils ou comme moteur d'ascenseurs.
11 est évident que la présente description ne se limite pas aux
exemples explicitement décrits, mais comprend également d'autres modes de
réalisation et/ou de mise en oeuvre. Ainsi, une caractéristique technique
décrite
peut être remplacée par une caractéristique technique équivalente, sans sortir
du
cadre de la présente invention.

Representative Drawing
A single figure which represents the drawing illustrating the invention.
Administrative Status

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Administrative Status

Title Date
Forecasted Issue Date Unavailable
(86) PCT Filing Date 2015-02-24
(87) PCT Publication Date 2015-08-27
(85) National Entry 2016-08-03
Dead Application 2021-08-31

Abandonment History

Abandonment Date Reason Reinstatement Date
2020-08-31 FAILURE TO REQUEST EXAMINATION
2020-08-31 FAILURE TO PAY APPLICATION MAINTENANCE FEE

Payment History

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Registration of a document - section 124 $100.00 2016-08-03
Application Fee $200.00 2016-08-03
Maintenance Fee - Application - New Act 2 2017-02-24 $50.00 2017-02-07
Maintenance Fee - Application - New Act 3 2018-02-26 $50.00 2018-01-09
Maintenance Fee - Application - New Act 4 2019-02-25 $50.00 2019-01-16
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Document
Description 
Date
(yyyy-mm-dd) 
Number of pages   Size of Image (KB) 
Representative Drawing 2016-08-23 1 17
Abstract 2016-08-03 2 105
Claims 2016-08-03 2 86
Drawings 2016-08-03 4 98
Description 2016-08-03 12 608
Cover Page 2016-08-24 2 61
Maintenance Fee Payment 2018-01-09 1 33
Maintenance Fee Payment 2019-01-16 1 33
Patent Cooperation Treaty (PCT) 2016-08-03 6 245
International Search Report 2016-08-03 3 85
National Entry Request 2016-08-03 7 233
Fees 2017-02-07 1 33