Brevet FR2510834A1 — publié le 19830204

La présente invention est relative aux moteurs électriques à courant continu de faible puissance dont l'alimen- tation est assurée à basse tension et dont l'inducteur est réalisé par l'intermédiaire d'aimants permanents Plus particulièrement, l'invention concerne un tel moteur électrique destiné à être utili- sé dans un véhicule automobile pour entraiher certains accessoi- res tels que le dispositif d'assistance de direction, par exemple. D'une façon générale, tout moteur électrique de ce type à inducteur à aimants voit son couple modulé autour d'une valeur moyenne à une fréquence dépendant du nombre d'encoches et de lames de son collecteur Si un tel moteur est accouplé à une pompe hydraulique à engrenagespar exemple, cette modula- tion de couple génère elle-même une modulation de la pression d'huile de la pompe dont la fréquence est liée au nombre de dents des engrenages et à la vitesse de rotation De ce fait, l'ensemble moteur-pompe est un excitateur du circuit d'huile et peut entrair- ner des bruits hydrauliques désagréables. Comme dans tout système excité, on a intérêt à réduire l'énergie de l'excitateur si l'on veut limiter les bruits, et on est donc amené à adapter la conception du moteur d'entrar- nement pour réduire les variations de couple engendrées Par ail- leurs, s'il s'agit de l'application aux véhicules automobiles, il convient de respecter des conditions de coût de fabrication com- patibles avec un organe destiné à être monté sur un tel véhicule. Pour réduire la modulation du couple,il est déjà connu d'augmenter le nombre d'encoches et de lames du collec- teur associées dans le rotor à des bobinages très spéciaux et à un vrillage du paquet de tôles Cette solution n'est pas satisfai- sante, car on ne peut dans ces conditions fabriquer les rotors sur des machines automatiques de grande production. 10834 Le couple d'un moteur électrique est proportionnel au produit ó x I dans lequel çb est le flux inducteur et I le cou- rant dans les conducteurs du bobinage. Du fait des fortes intensités découlant de la basse tension d'alimentation continue ( 12 V) habituelle dans les véhicu- les automobiles et qui conduit à utiliser de gros conducteurs pour le bobinage, le nombre d'encoches est limité pour assurer le nombre voulu de spires et pour diminuer le temps de bobinage donc le coût de fabrication. Dans ces conditions, les deux facteurs ib et I subissent une modulation importante en pourcentage répercutée en produit sur le couple. On considère d'abord un moteur classique à deux pôles. Le flux t généré par un aimant permanent est modulé: Par la variation de reluctance du circuit magnétique elle-même dépendant du nombre d'encoches en présence sous l'aimant, nom- bre variant avec la position angulaire de l'induit. L'effet de cette variation de reluctance est amplifié par l'aimant lui-même dont le point de fonctionnement est fonction de la reluc- tance du circuit. L'intensité I du courant est modulée par la varia- tion de résistance du bobinage, vue des balais qui viennent court- circuiter une section de bobinage chaque fois que l'un d'eux couvre deux lames du collecteur. La combinaison des deux variations conduit finale- ment à une modulation importante du couple. L'invention a pour but de fournir un moteur élec- trique dans lequel la modulation du couple soit aussi faible que possible, tout en étant compatible avec les exigences relatives au faible coût de fabrication qui prévaut dans la construction des véhicules automobiles. L'invention a donc pour objet un moteur électrique à courant continu et à basse tension destiné notamment à entrai- ner des accessoires d'un véhicule automobile tel que la pompe hydraulique du dispositif de direction assistée, ce moteur com- portant au moins deux pôles définis par un stator à aimants per- manents, ainsi qu'un moteur à empilage de tôles muni d'encoches dans lesquelles sont disposés les bobinages rotoriques qui sont connectés respectivement aux lames du collecteur du rotor, ca- ractérisé en ce que, par paire de pôles, le nombre d'encoches du rotor ainsi que le nombre de lames du collecteur sont impairs et en ce que deux balais destinés à être branchés respectivement sur les bornes opposées d'une source de tension, sont associés à ces lames avec un écartement et une dimension angulaires tels que lorsque l'un des balais est sur une lame, l'autre balai che- vauche deux lames consécutives. Grâce à ces caractéristiques, les phénomènes générateurs de la modulation du couple du moteur sont déphasés dans le temps, ce qui non seulement réduit l'amplitude de la modulation, mais encore en augmente la fréquence, de sorte que par l'effet d'inertie, cette modulation est nettement moins réper- cutée sur l'arbre de sortie du moteur que dans les moteurs clas- siques. Ce résultat est obtenu moyennant une construction simple du rotor permettant l'usage d'outillages de bobinage sim- ples contrairement à ce qui est possible lorsque l'on tente de répartir la modulation par vrillage hélicoïdal des encoches du rotor ou en en augmentant le nombre d'encoches. Si 2 N + 1 est le nombre impair d'encoches N, on peut dresser le tableau suivant pour les différentes valeurs de n: n 1 2 3 4 5 etc N 6 10 14 18 22 etc De préférence, on utilise un moteurà quatre pôles dont le nombre d'encoches est égal à 1-8 en remplacement d'un moteur classique à 20 encoches Une application particulière d'un tel moteur à 18 encoches est un groupe moto-pompe hydrau- lique destiné au dispositif d'assistance de direction d'un véhicule automobile. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation préféré, se référant aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'e- xemple et sur lesquels la Fig 1 est une vue en coupe axiale d'un groupe moto-pompe, notamment pour dispositif d'assistance de direction d'un véhicule, dont le moteur électrique est conçu selon les carac- téristiques de la présente invention; la Fig 2 montre un schéma de bobinage du mo- teur représenté sur la Fig 1; la Fig 3 est une vue en bout du moteur montrant en pointillés l'agencement des balais coopérant avec le collecteur; la Fi g 4 est une vue en coupe pri se selon la ligne 4-4 de la Fig 3. La Fig 1 montre une application particulière du moteur électrique suivant l'invention dans un groupe moto-pompe hydraulique 1 destiné à être utilisé dans le dispositif d'assistance de direction d'un véhicule automobile Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à cette application. Le groupe moto-pompe hydraulique 1 comprend un moteur électrique 2, une pompe à engrenages 3 ainsi qu'une pièce d'assemblage 4 dont les caractéristiques particulières ont été décrites dans la demande de brevet déposée ce jour au nom de la 10834 Demanderesse pour "Groupe moto-pompe, notamment pour dispositif d'assistance de direction d'un véhicule automobile". Le moteur électrique 2 comporte un stator 5 à carcasse cylin- drique de laquelle sont solidaires des aimants permanents (au nombre de quatre dans l'exemple décrit) et formant l'induc- teur de ce moteur. A l'intérieur de la carcasse est monté rotatif un rotor 6 sur un arbre 7 tourillonnant dans des paliers 8 et 9, le palier 8 étant monté dans la pièce d'assemblage 4 comme décrit dans la demande de brevet précitée. Le schéma de bobinage du rotor 6 apparait sur la Fig 2 que l'on va décrire maintenant. Dans l'exemple décrit, il s'agit d'un moteur à quatre pôles auxquels sont affectés respectivement quatre aimants permanents 10 a à l Od alternativement nord et sud Le rotor 6 comporte un empilage de tôles 11 dans lequel sont pratiquées dix-huit encoches numérotées de E 1 à E 18 dans lesquelles sont disposées les sections 12 du bobinage Ces sections sont respec- tivement connectées à des lames L 1 à L 18 d'un collecteur 13. Quatre balais 14 a à 14 d sont associés respectivement aux quatre aimants permanents l Oa à l Od et sont disposés angulairement de manière à coïncider avec le milieu de l'aimant auquel ils sont associés Ces balais sont alternativement connectés à la borne positive 15 d'une source d'alimentation et à la borne négative 16 de cette même source, comme cela est indiqué sur la Figure. Leur décalage angulaire est de 90 angulaires. Ainsi, le moteur comporte deux paires de pôles symbolisées par les références 17 a et 17 b, chaque paire de pôles comportant un nombre impair d'encoches (E 1 à E et E 10 à E 18) et également un nombre impair de lames (L 1 à L 9 et L 10 à L 18) du collecteur 13 Par ailleurs, l'agencement est tel que lorsqu'un 251 O 834 balai ( 14 b par exemple) se trouve sur une lame de collecteur (lame L 7 par exemple), le balai associé ( 14 a) se trouve à cheval sur deux lames (lames L 2 et L 3) du collecteur, étant entendu que la largeur des balais est inférieure à la largeur des lames Le nombre d'encoches représenté sur la Fig 2 n'est évidemment choisi qu'à titre d'exemple Ce nombre peut être de 6, 10, 14, 18, 22 ou davantage, conformément à la formule N = 2 S ( 2 n+ 1), o N est un nombre entier quelconque et S le nombre de pôles du moteur. Du fait que les balais 14 a à 14 d ne commutent pas simultanément le courant dans les différentes sections 12 du bobinage, les phénomènes nuisibles de la commutation sont répartis dans le temps et la modulation du couple fournie par le moteur, présente non seulement une amplitude plus faible, mais également une fréquence plus élevée, de sorte que son influence sur l'arbre 7 du moteur devient beaucoup moins sensible que dans les moteurs classiques. Il en résulte donc que le débit de sortie de la pompe à engrenages 3 est plus régulier puisque les variations de couple sont nettement moins sensibles, de sorte qu'en définitive le bruit que peut engendrer le groupe moto-pompe au cours de son fonc- tionnement est réduit par rapport aux groupes moto-pompe de la technique antérieure. Un autre résultat obtenu par la disposition parti- culière des balais 14 a à 14 d est une moindre usure, puisque les commutations sous deux balais consécutifs sont successives. Le pas de bobinage p des sections 12 est égal à la distance angulaire entre les pôles ( 90 ) diminuée de la largeur angulaire d'une encoche (bobinage reccourci) Il en résulte une réduction du cuivre fabrication du moteur. On va maintenant décrire plus particulèrement la partie du moteur dans laquelle sont logés les balais (Fig 1, 3 et 4). Du côté opposé à la pompe 3 et à la pièce d'assem- blage 4, la carcasse 2 est fermée par un flasque 18 qui est réali- sé de préférence en une matière métallic;:ue moulée, telle que le Zamac moulé sous pression Ce flasque est fixé sur la carcasse 4 par l'intermédiaire de sertissages de rattes 19 recourbées sur les parois latérales d'encoches 20 pratiquées, par exemple, en trois endroits angulairement espacés, sur le pourtour du flasque 18 Celui-ci comporte une partie annulaire 21 coaxiale à l'arbre du moteur qui, à son extrémité libre, présente un lo- gement 22 venu de moulage et abritant un roulement 23 dans le- quel tourillonne l'arbre 7 Le roulement 23 est retenu dans son logement par l'intermédiaire d'un sertissage annulaire 24 de la matière du flasque 18 Ce dernier comporte également deux semelles de fixation 25 venues de moulage et présentant un loge- ment 26 dans lequel est placé un élément de fixation tel qu'un écrou 27 ou la tête d'une vis (non représentée) retenue dans son logement par un sertissage. La partie cylindrique 21 du flasque 18 est coiffée par une pièce de montage 28 réalisée en une matière plastique moulée Cette pièce, qui présente généralement la forme d'un chapeau,comporte une coupelle 29 qui est fixée sur le flasque 18 au moyen de vis 30, au nombre de trois par exemple, déca- lées angulairement de 1200. La pièce de montage 2 È comporte également un rebord annulaire 28 a d'o s'étendent axialement vers l'extérieur plusieurs pions de montage, à savoir: quatre prions de fixation 31 a à 31 d (Fig 3) qui ont par paire diamétrale une longueur donnée dépassant la hauteur de la cou- pelle centrale 29; quatre pions de fixation 32 de longueur plus faible disposés respectivement près des pions 31 a à 31 d; deux pions de fixation 33 diamétralement opposés de longueur intermédiaire entre celles des pions 32 et 33 et se trouvant pla- cés à la périphérie du rebord 30. Une barre de connexion électrique 34, 35 est fixée par vissage à auto-taraudage dans la matière plastique contre les extrémités de deux pions 31 a à 31 d diamétralement opposés Du fait de la longueur distincte des pions, ces barres sont situées dans des plans radiaux distincts Par ailleurs, chacune d'elles est solidaire d'une tige filetée 36, 37 formant borne électrique de connexion du moteur, la tige étant soudée à la barre de connexion correspondante en s'étendant axialement vers l'extérieur. Les pions 32 sont destinés au montage de ressorts 38 servant respectivement à solliciter les balais 14 a à 14 d contre le collecteur 13 du moteur Chaque balai est monté dans une gaine conductrice 39 (Fig 1) montée par sertissage en 40 sur le rebord 30 de la pièce de montage 28 Les ressorts s'ap- puient respectivement sur les pions 31 a à 31 d associés. Les pions 33 sont destinés à la fixation d'un capot de protection 41 à l'aide de vis 42 à auto-taraudage, ce capot entourant l'ensemble que l'on vient de décrire et étant également fixé sur les barres de connexion 34 et 35 par l'intermédiaire des tiges filetées 36 et 37 à l'aide d'écrous 43 et d'entretoises 44 (Fig 4). Les balais 14 a à 14 d sont connectés aux barres 33 et 34 par l'intermédiaire de fils de connexion souples non représentés. Le montage des balais et des connexions électri- ques du moteur suivant l'invention sur la carcasse de celui-ci, est donc réalisé par l'intermédiaire d'une seule pièce isolante dont la fabrication est commode et peu conteuse puisqu'elle est réalisée par simple moulage L'assemblage des divers éléments peut être fait séparément après quoi l'ensemble peut être rendu solidaire du flasque 18 par simple serrage des vis 30 après quoi le tout est coiffé du capot 11 La fixation de ce dernier est réalisée aussi bien par les vis 33 que par les écrous 36. RÉPUBLIQUE FRAN AISE INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE PARIS BREVET 2 510 835 D'INVENTION CERTIFICAT D'UTILITÉ CERTIFICAT D'ADDITION Aucun titre n'est publié sous ce numéro REVENDICATIONS 1 Moteur électrique à courant continu et à basse tension destiné notamment à entrainer des accessoires d'un véhicule automobile tel que la pompe hydraulique du dis- positif de direction assistée, ce moteur comportant au moins deux pôles ( 17 a, 17 b) définis par un stator( 5) à aimants perma- nents (O 10 a à 10 d), ainsi qu'un rotor ( 6) à empilage de tôles ( 11) muni d'encoches (E 1 à E 18) dans lesquelles sont disposés les bobinages rotoriques ( 12) qui sont connectés respectivement aux lames (L 1 à L 18) du collecteur ( 13) du rotor ( 16), carac- 'térisé en ce que, par paire de p 8 les, le nombre d'encoches (E 1 à E 9 et E 10 à E 18) du rotor ( 6) ainsi que le nombre de lames (L 1 à L 9 et L 10 à L 18) du collecteur ( 13) sont impairs et en ce que deux balais ( 14 a, 14 c et 14 b, 14 d) destinés à être branchés respectivement sur les bornes opposées ( 15,16) d'une source de tension, sont associés aux lames d'une parie de p Oles,avec un écartement et une dimension angulaires tels que lorsqu'un des balais est sur une lame, l'autre balai chevauche deux lames consécutives. 2 Moteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre d'encoches N (E 1 à E 18) est égal à 1/2 S( 2 N + 1) dans lequel S est le nombre de pôles du moteur et n un nombre entier quelconque. 3 Moteur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que N est égal à 18. 4 Moteur suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que les balais ( 14 a à 14 d) sont montés sur une pièce unique de montage ( 28) réalisée en matière isolante et solidaire du flasque ( 18) du moteur côté collecteur, et en ce que cette pièce de montage est agencée également pour supporter des moyens de connexion électrique ( 34 à 37) de ces balais à une source de courant extérieure. Moteur suivant la revendication 4, caracté- risé en ce que ladite flasque ( 18) comporte une partie centrale cylindrique ( 21) s'étendant axialement vers l'extérieur autour dudit collecteur ( 13) et portant à son extrémité extérieure l'un des roulements ( 23) de l'arbre ( 7) du moteur, ce roulement étant maintenu par sertissage ( 24) dans un logement ( 22) ménagé dans cette partie centrale cylindrique ( 21). 6 Moteur suivant les revndications 4 et 5 prises ensemble, caractérisé en ce que ladite pièce de mon- tage ( 28) présente la forme générale d'un chapeau coiffant la partie centrale cylindrique ( 21) du flasque ( 18) et sur le rebord annulaire ( 30) de laquelle sont prévus plusieurs jeux de pions ( 31 a à 31 d, 32, 33) s'étendant axialement vers l'extérieur et servant au montage desdits moyens de connexion électriques ( 34 à 37), d'un capot de protection ( 41) et de ressorts ( 38) sollicitant les balais ( 14 a à 14 d) contre le collecteur ( 13). 7 Groupe moto-pompe hydraulique, caractérisé en ce qu'il comprend un moteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6.