Brevet FR2572599A1 — publié le 19860502

La présente invention concerne un moteur à courant continu, par exemple à commutation électronique, comprenant un élément à magnétisme permanent (par exem- ple un rotor) présentant face à un entrefer annulaire au moins deux régions ayant des polarités magnétiques permanentes opposées. Cet élément est monté en rota- tion relativement à un élément électromagnétique (par exemple unstator) comportant au moinsd'une partunbobinageetd'autre part un circuit magnétique comprenant au moins une culasse raccordée, par des bras dont l'un est entouré du bobi- nage, à au moins deux cornes polaires faisant face à l'en- trefer précité. Le moteur comprend en outre au moins un aimant permanent auxiliaire engagé dans un inter- valle entre deux extrémités circonférentielles dirigées l'une vers l'autre des deux cornes. Par commutation convenable du courant dans le bobinage, les cornes polaires interagissent magnéti- quement avec les régions magnétiques permanentes de l'autre élément pour faire naître un couple de rota- tion de l'un des éléments par rapport à l'autre. Lorsque le moteur est au repos, l'aimant auxiliaire interagit avec les régions magnétiques permanentes pour rappelercesdernières vers une position angulaire.o leur axe magnétique est écarté de celui des cornes polaires. En effet, lorsque les axes magnétiques précités sontsensiblement confondus, l'excitation du bobinage n'engendre aucun couple signifiatifet l'aimant auxiliaireconstitue ainsi un moyen simple pour permettre le démarrage du moteur par simple excitation du bobinage, sans disposi- tif annexe de lancement. Jusqu'à présent, ce moyen simple n'a pas trouvé d'application pratique car le montage et le positionnement précis de l'aimant auxiliaire dans l'élément électromagnétique sont a priori longs et délicats, et par conséquent coûteux. Le but de la présente invention est ainsi de proposer un moteur muni de moyens facilitant la pose du ou des aimants auxiliaires. Suivant l'invention, le moteur est caractérisé en ce que l'aimant permanent est porté en saillie longi- tudinale par un pilier logé dans un espace interpolaire réservé entre la culasse et les deux cornes adjacentes, ce pilier étant porté par une platine posée sur une face d'extrémité axiale du circuit magnétique. Ainsi, en cours de fabrication, la platine est facile à manip]ueret à monter surl'élémentelectromagnétique avec mise en place corrélative du pilier dans l'espace interpo- laire et de l'aimant dans l'intervalle entre cornes. D'autres particularités et avantages de l'in- vention ressortiront encore de la description ci-après. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exem- ples non limitatifs: la figure 1 est une vue schématique axiale du moteur selon l'invention, du côté opposé à la platine; 20. la figure 2 est. une vue du côté opposé du stator du moteur de la figure 1; -. la figure 3 montre le support seul, selon la direction axiale de la figure 1; la figure 4 est une vue du support en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3; la figure 5 est une vue analogue à la figure 3, mais avec les aimants auxiliaires; la figure 6 est une vue analogue à la figure 5, mais concernant une variante de réalisation; et 30. la figure 7 est une vue du support en coupe axiale selon la ligne VII-VII de la figure 6. Le moteur représenté est du type à stator intérieur. Le stator (figure 1) comporte une culasse 1 de forme générale cylindrique d'axe ZZ, portant des bras 2 qui sont dirigés radialement vers l'extérieur et, à l'opposé de la culasse 1, s'épanouissent en des cornes polaires 3. Les faces latérales externes 3a des cornes 3 sont des secteurs cylindriques convexes d'axe ZZ. Dans l'exemple représenté, le stator comporte quatre bras 2 répartis angulairement autour de l'axe ZZ, et par consé- quent quatre cornes 3. La face latérale externe 3a de chaque corne 3 s'étend sur un peu moins de 90 entre deux extrémités circonférentielles 3c. Ainsi, entre les extrémités circonférentielles 3c dirigées l'une vers l'autre de deux cornes 3 adjacentes, subsiste un inter- valle 3d. A partir de chaque extrémité circonférentielle 3c, la face 3a de chaque corne 3 est raccordée au bras 2 par une face arrière ou épaulement 3b. Les deux faces arrière 3b de chaque corne 3 s'étendent dans un même plan YY' perpendiculaire à la direction radiale du bras 2 associé. On appelle circuit magnétique statori- que l'ensemble constitué par la culasse 1, les bras 2 et les cornes 3. Chaque bras 2 est entouré par un bobinage statorique 4. Ceux-ci occupent en partie quatre espaces interpolaires 2a dont chacun s'étend entre la culasse 1, deux bras 2 adjacents et les deux demi-cornes dirigées l'une vers l'autre à partir desdits bras 2. Chaque corne 3 est traversée par un perçage axial 7 pour la fixation du moteur dans un appareil à entraîner. Le rotor est un élément à magnétisme perma- nent comprenant une bague magnétique circulaire 5 qui entoure, à distance radiale e constituant entrefer, la surface cylindrique quasi-continue constituée par les quatre faces 3a du stator. Le rotor portant la bague 5 est mobile en rotation relativement au stator, selon l'axe ZZ, autour d'un arbre (non représenté) logé dans un canon médian 6 du stator. La bague magnétique 5 porte des aimants permanents à profil en quart de cercle, dont les faces dirigées vers les cornes 3 sont alternativement de polarité nord et sud le long du pourtour intérieur du rotor. Comme l'on sait, dans un tel moteur, grace à une commutation du courant dans les enroulements 4 synchronisée avec le déplacement angulaire du rotor 5, on parvient à engendrer un couple tendant en parmanence à amener un axe magnétique du rotor en coincidence avec un axe magnétique du stator de façon que chaque face 3a du stator soit en regard d'une région de polarité magnétique opposée du rotor. Dès que cette coincidence est obtenue, ou peu avant celle-c le courant estcommuté dans lesenroule- ments 4 pour modifier la polarité magnétique des faces 3a et entretenir ainsi la rotation. Si aucune autre disposition n'est prise, un tel moteur risque de ne pas pouvoir démarrer seuI lorsqu'on alimente les enroulements 4. En effet, si à la suite de laprécédente utilisation le rotor s'est arr&té dans une position angulaire telle que l'axe de ses p81es sud se trouve dans la position ss représentée figure 1, c'est-à-dire juste avant d'atteindre un axe magnétique du stator relativement à la direction de rotation F, alors l'alimentation des enroulements 4 va créer sur le rotor un couple très faible insuffisant pour donner au rotor l'énergie cinétique nécessaire pour dépasser la position de coïncidence complète des axes. (L'axe magnétique s-s correspond à une position angulaire non représentée de.la bague 5) Pour éviter que le rotor 5 ne risque au repos de prendre une position angulaire ne permettant plus le redémarrage, le stator comporte en outre quatre aimants permanents 11 dont chacun est engagé dans l'un des inter- valles 3d séparant deux cornes voisines 3 et a une face polaire adjacente à l'entrefer séparant le stator de la bague 5. Chaque aimant 11 est aimanté radialement relativement à l'axe ZZ de sorte que son autre face polaire est tournée vers l'axe ZZ. Vues de l'entrefer e, les faces polaires des aimants 11 sont alternativement de polarités nord et sud le long de l'entrefer e parcouru en direction circonférentielle. De préférence, les aimants 11 font légèrement saillie dans l'entrefer e. Grâce aux aimants 11, le stator n'est plus magnétiquement neutre en l'absence de courant dans les bobinages 4, mais a au contraire des axes magnétiques décalés de 45 par rapport à ceux créés par l'alimentation des enroulements 4. Ainsi, en l'absence d'une telle alimentation, le rotor s'arrête systématiquement dansune position angulaire(représentée figure 1) dans laquelles ses axes magnétiques coincident avec ceux déterminés par les aimants auxiliaires 11. A la remise en marche de l'excitation, le rotor doit tourner de 45 pour que ses axes magnétiques coincident avec ceux du stator alimenté, ce qui suffit au rotor pour prendre une vitesse permettant ensuite l'entretien de la rotation. Conformément à l'invention, chaque aimant 11 est porté en saillie longitudinale par un pilier 9 s'étendant parallèlement à l'axe ZZ dans l'espace interpolaire 2a, et plus précisément entre les deux enroulements 4 adjacents et les deux épaulements 3b des deux demi-cornes adjacentes dirigées l'une vers l'autre. Chaque pilier 9 a une section droite hexago- nale irrégulière dont une face porte l'aimant 11, deux faces latérales externes.9a sont situées de part et d'autre de l'aimant 11 et adjacentes chacune à l'un des épaulements 3b, et deux faces obliques internes 9b. sont adjacentes chacune à l'un des enroulements 4. Les piliers 9 sont portés par une platine 8 en forme de couronne (figures 2 à 5) montée contre une face d'extrémité axiale des cornes 3, entre les régions occupées par les enroulements 4 et l'entrefer e. Le périmètre externe de la couronne 8 se confond avec le profil des faces d'entrefer 3a. Du côté plaqué contre le circuit magnétique, la couronne 8 présente à mi-distance angu- laire entre les piliers 9 successifs des évidements 12 pour loger la tête des vis montées en service dans les perçages 7. Le support, composé de la platine 8 et des piliers 9, est réalisé en une seule pièce, venue de moulage, par exemple en matière plastique électrique- ment isolante. Comme représenté à la figure 1, quelle que soit la paire de piliers 9 voisins considérée, les deux faces externes 9a situées entre les deux aimants 11l sont contenues dans un même plan axial XX' qui est confondu, aux tolérances d'ajustage près, avec le plan YY'.Ainsi, au montage, ces pliers s'engagententre les épaulements3b de façon coulsante etimmohLiée en rotation. Les faces obliques internes 9b des piliers 9 ont, vus parallèle- ment à l'axe ZZ, un profil légèrement concave de façon à s'engager sans effort entre les bobinages 4. Dans l'exemple représenté, chaque pilier 9 présente sur sa face portant l'aimant 11 upe gorge de section rectangulaire 10 dans laquelle l'aimant 11 est inséré. Comme représenté à la figure 4, la couronne 8 s'étend radialement au-delà des piliers 9 et chaque gorge 10 est prolongée radialement vers l'extérieur en b, dans l'épaisseur de la platine 8. L'aimant 11, engagé dans les deux parties.10 et 1Ob de la gorge, est ainsi plus efficacement positionné, notamment en direction axiale. Les aimants 11 sont, de préférence, du type dit "'aimant caoutchouc", qui désigne un mélange de ferrite et de matière élastomère. La qualité d'élas- ticité de ce matériau favorise en effet l'insertion des aimants 11 dans leur gorge 10 o ils peuvent ensuite ?572599 être fixés par exemple par collage. La dimension circon- férentielle d des aimants 11 dans leur région saillant de la gorge 10 qu'ils occupent est égale aux tolérances près, à celle de l'intervalle 3d dans lequel ils sont engagés. Là encore, l'élasticité des aimants 11 facilite le montage. Au montagej on place les aimants 11 dans leurs gorges 10 respectives et, une fois que les bobinages 4 ont été formés autour des bras 2, on engage de façon coulissante les pliers 9 dans les espaces interpolaires 2a jusqu'à appui de la platine 8 contre les cornes 3. L'interengagement complexe des piliers 9 et des aimants 1il dans lesespaceslibres dustator suffit à assurer des frotte- ments retenant les aimants 11 et leur support en place. On peut toutefois coller ou fixer d'une autre manière la platine 8 sur le circuit magnétique. Dans une variante de réalisation, représentée aux figures 6 et 7, chaque aimant auxiliaire n'est plus une pièce rapportée dans une gorge des piliers, mais est constitué par une saillie parailélélipédique 13 du pilier 14, venue de moulage avec celui-ci et avec la platine 15. La matière utilisée est alors un thermoplas- tique magnétisable, magnétisé radialement après moulage de la pièce, uniquement dans la zone de la saillie 13. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi que l'invention s'applique égale- ment aux moteurs à stator extérieur. Il est également possible que l'élément électromagnétique soit rotorique et l'élément à magnétisme permanent statorique. De même, le nombre des pôles du moteur considéré est indif- férent. REVENDICATIONS 1. Moteur à courant continu comprenant un élément à magnétisme permanent (5) présentant face à un entrefer annulaire -au moins deux régions ayant des polarités magnétiques permanentes opposées, et qui est monté en rotation relativement à un élément électro- magnétique comportantau mainsd'une partunbobinage(4) etd'autrepartun circuit magnétique (1, 2, 3) comprenant au moins une culasse (1) raccordée, par des bras (2) dont l'un est entouré du bobinage (4), à au moins deux cornes polaires (3) faisant face à l'entrefer précité, le moteur compre- nant en outre au moins un aimant permanent auxiliaire (11) engagé dans un intervalle (3d) entre deux extrémi- tés circonférentielles (3c) dirigées l'une vers l'autre des deux cornes (3)., caractérisé en ce que l'aimant permanent (11) est porté en saillie longitudinale par un pilier (9, 14) logé dans un espace interpolaire (2a) réservé entre la culasse (1) et les deux cornes (3) adjacentes, ce pilier (9, 14) étant porté par une platine (8, 15) posée sur une face d'extrémité axiale du circuit magnétique (1, 2, 3). 2. Moteur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'aimant auxiliaire (11) est engagé dans une gorge (10) présentée par le pilier (9). 3. Moteur selon la revendication 2, caracté- risé en ce que la platine (8) s'étend radialement au- delà du pilier (9) et la gorge (10) est prolongée radia- lement vers l'extérieur (10b)-dans l'épaisseur de la platine (8). 4. Moteur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le pilier (14) et l'aimant auxiliaire (13) en saillie longitudinale constituent une pièce unique, réalisée en matière magnétisable, aimantée radialement après moulage de la pièce, uniquement dans la zone de la saillie (13). 5. Moteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la dimension circonférentielle (d) de la saillie longitudinale est égale, aux toléran- ces près, à celle dudit intervalle (3d) ménagé entre les extrémités circonférentielles (3c). 6. Moteur selon l'une des revendications 1 à , caractérisé en ce que, de part et d'autre de l'aimant auxiliaire (11, 13), le pilier (9, 14) a, vu axialement, une face (9a) dont le profil épouse celui d'une face arrière (3b) de la corne polaire (3) adjacente. 7. Moteur selon la revendication 6, caracté- risé en ce que, à l'opposé de l'aimant auxiliaire (11, 13), l'une au moins des faces externes (9a) du pilier (9, 14) se raccorde à une face interne (9b) dont le profil épouse sensiblement celui du bobinage adjacent (4). 8. Moteur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la platine (8, 15) est annu- laire et s'étend contre une face d'extrémité axiale du circuit magnétique (1, 2, 3), entre une région occupée par le bobinage (4) et l'entrefer (e). 9. Moteur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la platine (8, 15) porte un pilier (9, 14) entre chaque paire de cornes (3) consé- cutives, et en ce que les piliers (9, 14) et les cornes (3) ont des faces (9a, 3b) assurant un guidage coulissant de l'ensemble comprenant les piliers (9, 14) et la platine (8, 15) relativement au circuit magnéti- que (1, 2, 3).