Brevet FR2793965A1 — publié le 20001124

ó Moteur polvyphasé ARRIERE PLAN DE L'INVENTION 1. Domaine de l'invention La présente invention concerne la structure d'un moteur à courant continu (ci-après appelé plus suc- cinctement "moteur CC") sans collecteur, et plus par- ticulièrement la structure d'un moteur CC sans col- lecteur possédant les fonctions d'un moteur polyphasé au moyen d'une variation des positions angulaires de la structure mécanique du stator. 2. Description de la technique apparentée Un moteur CC monophasé classique comprend d'une manière générale un groupe de bobinages, deux groupes de plaques d'acier au silicium et un circuit de com- mande servant à commander l'excitation des bobinages sous la coordination d'une détection obtenue au moyen d'un capteur Hall. Le fonctionnement à excitation par aimant peut être qualifié comme étant du type mono- phasé/double alternance, étant donné que le circuit de commande ne peut commander qu'une seule direction de sources de courant biphasé ou deux directions de sources de courant monophasé. Une telle structure présente un problème de couple de calage venant s'ajouter à un problème de zone morte pour le démar- rage. Il existe une grande diversité de structures pour les moteurs CC sans collecteur. Par exemple, le modèle d'utilité de Taiwan publication n 349711, ayant pour titre "Stator comportant des bobinages à double couche" et délivré le ler janvier 1999, décrit un groupe conducteur magnétique multicouche qui uti- lise une structure multicouche pour augmenter le nom- bre de bobinages, accroissant ainsi le couple du mo- teur. Toutefois, le problème de zone morte pour le démarrage et le problème de couple de calage ne sont pas résolus. Le modèle d'utilité de Taiwan publication n 314284, ayant pour titre "Structure de moteur" et dé- livré le 21 août 1997, propose un pôle auxiliaire de plaque d'acier au silicium entre deux groupes de groupes conducteurs magnétiques et les directions d'enroulement des deux groupes de groupes conducteurs magnétiques sont prévues pour être identiques ou op- posées l'une à l'autre de façon à fournir des polari- tés différentes, éliminant ainsi la zone morte pour le démarrage. Toutefois, le fonctionnement de ce mo- teur se fait dans le cadre d'une excitation par ai- mant du type monophasé/double alternance. Plus préci- sément, le problème de couple de calage et la rota- tion non uniforme résultant d'une excitation par ai- mant de type le monophasé/double alternance subsis- tent encore. Ainsi, les moteurs CC sans collecteur du type monophasé/double alternance, classiques, sont moins compétitifs dans une utilisation de produit qui exige une précision de fonctionnement et une cons- tance dans le temps qui soient élevées, par exemple lorsqu'on utilise les moteurs sur des disques à usage multiple numériques (DVD) ou des cédéroms (CD-ROM). A la différence des moteurs monophasés mention- nés ci-dessus, un moteur triphasé classique utilise des bobinages d'excitation par aimant triphasés pré- sentant un déphasage électrique de 120 pour l'instant d'excitation des bobinages, afin d'éviter le problème de zone morte au démarrage et le problème de couple de calage des moteurs monophasés mentionnés ci-dessus, assurant ainsi une commutation sans à- coups entre les rotations en marche avant et en sens inverse du moteur. Toutefois, une telle technique ne peut pas être appliquée à des moteurs CC monophasés, étant donné que le moteur triphasé utilise une source de courant triphasé et un circuit qui est extrêmement différent de celui des moteurs CC monophasés. La présente invention vise à fournir un moteur polyphasé qui atténue les problèmes mentionnés ci- dessus et/ou y remédie. RESUME DE L'INVENTION Un but principal de la présente invention est de fournir un moteur CC sans collecteur qui est obtenu par modification directe de la structure d'un moteur CC sans collecteur monophasé classique de façon à ré- aliser un moteur CC sans collecteur présentant plu- sieurs phases. Pour atteindre le but ci-dessus, l'invention utilise deux groupes conducteurs magnétiques qui sont séparés par un matériau non magnétique et qui font l'objet d'une coordination avec un circuit d'attaque respectif pour former une structure de stator de mo- teur. Deux capteurs Hall sont prévus en des positions de détection particulières, la différence d'angle de phase entre les positions de détection étant liée à un nombre de phases et un nombre de pôles. Du fait des positions de détection particulières des capteurs Hall, les instants d'excitation des bobinages situés sur les deux groupes conducteurs magnétiques présen- tent un déphasage particulier (par exemple déphasage électrique de 90 ), formant ainsi une structure de moteur CC sans collecteur polyphasé. D'autres buts, avantages particuliers et parti- cularités nouvelles de l'invention ressortiront mieux de la description détaillée des modes préférés de ré- alisation qui suivent en regard des dessins annexés. DESCRIPTION SUCCINCTE DES DESSINS La figure 1 est une vue en perspective, éclatée, d'un stator et d'un rotor d'un moteur polyphasé conforme à la présente invention, les figures 2A à 2D sont des vues schématiques illustrant des positions relatives entre les plaques polaires, les capteurs Hall et les p8les d'aimant du rotor, avec t = tO à la figure 2A, t = tO + T/4 à la figure 2B, t = tO + T/2 à la figure 2C et t = tO + 3T/4 à la figure 2D, la figure 3 est un graphe de séquence d'un cou- rant d'attaque pour différentes positions de l'aimant de rotor, la figure 4 est une vue en perspective, éclatée, d'un mode préféré de réalisation d'un moteur polypha- sé conforme à la présente invention et la figure 5 est une vue en perspective du stator d'un moteur polyphasé conforme à la présente inven- tion. DESCRIPTION DETAILLEE DU MODE DE PREFERE DE REA- LISATION Si on se reporte à la figure 1, un moteur de po- lyphasé conforme à la présente invention comprend d'une manière générale deux groupes conducteurs ma- gnétiques 1 et 2, une plaque formant écran magnétique 3, un aimant formant rotor 4 et une plaquette de cir- cuit 5. Les groupes conducteurs magnétiques 1, 2 com- prennent des plaques polaires supérieure et infé- rieure respectivement 11 et 12, et 21 et 22, formées de plaques d'acier au silicium, et des bobinages res- pectivement 13 et 23. Les groupes conducteurs magné- tiques 1 et 2 sont séparés par la plaque formant écran magnétique 3 afin d'assurer des boucles de cir- cuit magnétique convenables des groupes conducteurs magnétiques 1 et 2. La plaquette de circuit 5 com- porte un circuit d'attaque pour l'excitation par ai- mant des bobinages respectivement 13 et 23. Le cir- cuit d'attaque comprend des capteurs Hall 51 et 52 indépendants qui agissent en tant que détecteurs. Chaque bobinage 13, 23 est enroulé de manière telle que le champ normal s'étend suivant la direction axiale de celle-ci, créant ainsi un flux magnétique axial qui est alors guidé par les plaques polaires 11 et 12 ou 21 et 22 et devient ainsi un flux magnétique radial de façon à traverser l'entrefer. En variante, le bobinage 13 ou 23 peut être enroulé de manière telle que le champ normal s'étend suivant une direc- tion radiale. L'aimant formant rotor 4 est monté d'une manière coaxiale aux groupes conducteurs magné- tiques 1 et 2 et peut être astreint à tourner sous l'effet du couple de rotation fourni par les plaques polaires 11, 12, 21, 22 excitées. Les figures 2A à 2D illustrent des positions re- latives entre les plaques polaires, les capteurs Hall 51 et 52 et les pôles de l'élément formant rotor 4. Il existe trois (3) pôles en saillie dans chacun des groupes conducteurs magnétiques 1, 2. L'élément for- mant rotor 4 comporte trois paires de pôles N-S. Les capteurs Hall 51 et 52 commandent respectivement les circuits d'attaque prévus pour les groupes conduc- teurs magnétiques 1 et 2. Si on se reporte aux figu- res 2A et 2B, le temps nécessaire pour qu'un pôle N tourne jusqu'à un pôle N adjacent est défini par "T". Le changement de pôle d'aimant excité des plaques po- laires correspondant aux différentes positions de l'aimant formant rotor 4 est le suivant: (1) La figure 2A illustre la position de l'élément formant rotor 4 à l'instant t = tO. A cet instant, les deux plaques polaires supérieures 11 et 21 sont l'une et l'autre excitées en tant que pâles Nord (N), tandis que les deux plaques polaires infé- rieures 12 et 22 sont l'une et l'autre excitées en tant que pâles Sud (S). (2) La figure 2B illustre la position de l'aimant formant rotor 4 à l'instant t = tO+/T4. A cet instant, le capteur Hall 51 est dans la position la plus proche du pôle N de l'élément formant rotor qui crée le champ magnétique maximal. Un signal est ainsi envoyé pour procéder à un changement des pola- rités des plaques polaires 11 et 12, d'une façon telle que les plaques polaires 12 et 21 sont excitées en tant que pâles N, tandis que les plaques polaires 11 et 22 sont excitées en tant que pôles S. (3) La figure 2C illustre la position de l'élément formant rotor 4 à l'instant t = tO+ T/2. A cet instant, le capteur Hall 52 est dans la position la plus proche du pôle S de l'élément formant rotor qui crée le champ magnétique maximal. Un signal est ainsi envoyé pour procéder à un changement des pola- rités des plaques polaires 21 et 22, d'une façon telle que les plaques polaires 12 et 22 sont excitées en tant que pâles N, tandis que les plaques polaires 11 et 21 sont excitées en tant que pôles S. (4) La figure 2D illustre la position de l'élément formant rotor 4 à l'instant t = tO+ 3T/4. A cet instant, le capteur 51 est dans la position la plus proche du pôle S de l'élément formant rotor qui crée le champ magnétique maximal. Un signal est ainsi envoyé pour procéder à un changement des polarités des plaques polaires 11 et 12, d'une façon telle que les plaques polaires 11 et 22 sont excitées en tant que pôles N, tandis que les plaques polaires 12 et 21 sont excitées en tant que pôles S. (5) L'élément formant rotor 4 revient à la posi- tion représentée à la figure 2A à l'instant t = tO + T. A cet instant, le capteur 52 est dans la position la plus proche du pôle N de l'élément formant rotor qui crée le champ magnétique maximal. Un signal est ainsi envoyé pour procéder à un changement des pola- rités des plaques polaires 21 et 22, d'une façon telle que les plaques polaires 11 et 21 sont excitées en tant que pôles N, tandis que les plaques polaires 12 et 22 sont excitées en tant que pôles S. Les cinq stades ci-dessus forment un cycle ayant une période T qui est exactement la période des ondes d'impulsion carrées (figure 3) du courant d'excitation de l'un ou l'autre bobinages 13, 23. Le déphasage électrique entre l'excitation des deux groupes conducteurs magnétiques 1 et 2 est de 90 (1/4 de l'angle de phase électrique), tandis que la différence d'angle de phase mécanique vaut 90 /nombre de pôles du rotor (3) = 300. Il existe quatre ins- tants de changement de phase électrique dans chaque cycle complet, agissant ainsi comme un moteur du type biphasé/double alternance. Le problème de zone morte au démarrage est évité, étant donné que l'invention utilise un circuit d'attaque du type biphasé/double alternance pour commander l'excitation des deux grou- pes conducteurs magnétiques 1 et 2. En outre, une commande efficace de la rotation en marche avant et de la rotation en sens inverse, ainsi que des rota- tions uniformes peuvent être obtenues, étant donné que le déphasage électrique est de 90 entre les cir- cuits d'attaque. La figure 4 est une vue en perspective, éclatée, d'un mode préféré de réalisation du moteur polyphasé conforme à la présente invention. Le moteur comprend un ensemble de bobinages de stator 6, un aimant for- mant rotor 64, une plaquette de circuit 65, un tube formant axe 66 et une base 67. Si on se reporte encore à la figure 4 et en ou- tre à la figure 5, l'ensemble de bobinages de stator 6 comprend deux groupes conducteurs magnétiques 61 et 62 et une plaque formant écran magnétique 63. Chaque groupe conducteur magnétique 61, 62 comprend deux groupes de plaques polaires 611 et 612, 621 et 622 comportant, prise en sandwich entre elles, une bobine 613, 623. Chaque plaque polaire est formée d'un seul bloc ou comporte plusieurs plaques d'acier au sili- cium, minces, qui sont empilées. Les plaques polaires sont destinées à guider le flux magnétique axial créé par l'enroulement qui est enroulé autour de celles- ci, afin de traverser l'entrefer radial situé entre les plaques polaires et l'élément formant rotor 64. Les plaques polaires peuvent être formées en un autre matériau conducteur magnétique de façon à remplir la fonction de guidage de flux. Chaque groupe conducteur magnétique 61, 62 comporte six pôles en saillie ra- diale. Toutefois, le nombre des pôles en saillie peut être un autre nombre entier positif. Le nombre (K) des pôles en saillie doit être en proportion du nom- bre des pôles de l'aimant permanent du rotor. Le rap- port peut être un nombre entier positif particulier ou l'inverse d'un nombre positif particulier. L'espacement entre les positions angulaires des grou- pes conducteurs magnétiques 61 et 62 présente une re- lation par rapport aux pôles de l'aimant formant ro- tor 64. La bobine 613, 623 est enroulée de bobinages permettant de créer un flux magnétique axial. La bo- bine 613, 623 est en un matériau non magnétique et comporte des tétons 614, 624 destinés à coopérer avec des trous correspondants 631 de la plaque for- mant écran magnétique 63. De préférence, les bobines 613, 623 sont réalisées par moulage par injection de matière plastique. La plaque formant écran magnétique 63 est montée entre les bobines 613 et 623 afin de séparer les circuits magnétiques et comporte les trous 631 destinés à coopérer avec les tétons 614, 624 des bobines 613, 623, comme mentionné ci-dessus. La plaque formant écran magnétique 63 peut être en cuivre, aluminium, caoutchouc ou autre matériau non magnétique permettant de séparer les circuits magné- tiques existant sur les deux groupes conducteurs ma- gnétiques 1 et 2. Dans le présent mode de réalisation, c'est un aimant formant rotor comportant trois paires de pôles qui est utilisé. Plus précisément, le nombre de pôles de chacun des groupes conducteurs magnétiques 61, 62 est le même que celui des pôles de l'aimant formant rotor (ce qui signifie que le rapport vaut 1). Toute- fois, le rapport peut être une fraction si on vise à abaisser le couple de calage du moteur afin d'obtenir de meilleures caractéristiques de fonctionnement. Etant donné que la phase complète mécanique corres- pondant à chaque groupe conducteur magnétique 61, 62 comportant six pôles est de 30 (90 /nombre (3) des paires de pôles du rotor), les plaques polaires 611 et 612 du groupe conducteur magnétique 61 doivent donc être positionnées avec une différence d'angle de phase mécanique de 300 par rapport aux plaques polai- res 621 et 622 du groupe conducteur magnétique 62. En vue de fixer d'une manière précise et fiable la différence d'angle de phase mécanique entre les groupes conducteurs magnétiques 61 et 62, la bobine 613, 623 est pourvue de rainures servant à position- ner les plaques polaires 611 et 612, 621 et 622 en supplément aux tétons 614, 624 situés sur les bobines 613, 623 et aux trous 631 ménagés dans la plaque for- mant écran magnétique 63. On comprend que le fait de prévoir des trous dans les bobines 613 et 623 et des tétons sur les deux faces de la plaque formant écran magnétique 63 peut fournir le même effet. La plaquette de circuit 65 comporte un circuit d'attaque servant à l'excitation respectivement des bobines 613 et 623. Les capteurs Hall sont utilisés en tant que détecteurs pour commander deux groupes de transistors, ce qui est identique au circuit d'attaque prévu pour des moteurs CC sans collecteur classiques, le circuit d'attaque utilisant les deux capteurs Hall pour procéder à un changement de phase simultané. Une différence de position angulaire par- ticulière existe entre les deux capteurs Hall, d'une manière telle que la différence de temps de chaque phase d'excitation est de 90 de déphasage électri- que. A l'assemblage, on fait coopérer l'ensemble de bobinages de stator 6 avec la plaquette de circuit 65 au moyen du tube formant axe 66, puis on le monte d'une manière coaxiale sur la base 67. On monte en- suite l'aimant formant rotor 64 d'une manière coaxiale au moyen d'un axe 641 de celui-ci et il est donc monté rotatif par rapport au stator lorsqu'il est soumis à un couple magnétique. Un moteur polypha- sé se trouve ainsi formé. Grâce à la description ci-dessus, on comprend que le moteur CC sans collecteur est capable d'agir en moteur polyphasé. Bien que l'invention ait été exposée en liaison avec son mode préféré de réalisation tel que présenté ci-dessus, on doit comprendre que de nombreuses au- tres modifications et variations possibles peuvent être apportées sans sortir du cadre de l'invention. On considère par conséquent que les revendications l! annexées couvent de telles modifications et varia- tions qui entrent dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Moteur polyphasé, caractérisé en ce qu'il comprend: deux groupes conducteurs magnétiques (1, 2), comportant chacun deux groupes de plaques polaires (11, 12) (21, 22) et un groupe de bobinages (13, 23), une plaque formant écran magnétique (3) étant prévue entre les deux groupes conducteurs magnétiques (1, 2), les plaques polaires (11, 12) (21, 22) des deux groupes conducteurs magnétiques (1, 2) étant posi- tionnées de façon à présenter une différence d'angle de phase mécanique fixe, un rotor coaxial aux deux groupes conducteurs magnétiques (1, 2) et comportant plusieurs paires de pâles, et un circuit de commande présentant une sortie de forme d'onde de courant biphasé et deux groupes d'éléments de détection (51, 52) servant à commander respectivement des courants d'excitation des deux groupes conducteurs magnétiques, les deux éléments de détection (51, 52) étant positionnés de façon à pré- senter la différence d'angle de phase mécanique fixe, d'une manière telle que les deux groupes conducteurs magnétiques (1, 2) présentent un déphasage électrique fixe. 2. Moteur polyphasé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les bobinages (13, 23) sont en- roulés sur une bobine (613, 623) suivant une direc- tion axiale. 3. Moteur polyphasé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la différence d'angle de phase mécanique fixe des positions des plaques polaires (11, 12) (21, 22) des deux groupes conducteurs magné- tiques (1, 2) est déterminée par l'expression sui- vante: (360 /nombre de paires de pôles du rotor) x (1/4). 4. Moteur polyphasé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport des pôles en saillie du stator au nombre de pôles du rotor est un nombre entier positif ou une fraction positive. 5. Moteur polyphasé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les plaques polaires (11, 12) (21, 22) sont formées de plusieurs plaques d'acier au silicium, minces, qui sont empilées. 6. Moteur polyphasé, caractérisé en ce qu'il comprend: deux groupes conducteurs magnétiques (61, 62) comportant chacun une bobine (613, 623), la bobine (613, 623) comportant deux faces latérales servant au montage de plaques polaires (611, 612) (621, 622) sur celle-ci, les plaques polaires (611, 612) (621, 622) des deux groupes conducteurs magnétiques (61, 62) étant positionnées de façon à présenter une diffé- rence d'angle de phase mécanique fixe, une plaque formant écran magnétique (63) prévu entre les deux groupes conducteurs magnétiques (61, 62) de façon à séparer les circuits magnétiques des deux groupes conducteurs magnétiques (61, 62), un rotor coaxial aux deux groupes conducteurs magnétiques (61, 62) et comportant plusieurs paires de pôles, et un circuit de commande comportant deux éléments de détection (51, 52) et un circuit d'attaque servant à commander des courants d'excitation des deux grou- pes conducteurs magnétiques (61, 62). 7. Moteur polyphasé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la plaque formant écran magné- tique (63) comporte plusieurs trous (631) destinés à coopérer avec des tétons (614, 624) qui sont prévus sur les faces latérales des deux bobines (613, 623) en contact avec la plaque formant écran magnétique (63). 8. Moteur polyphasé, caractérisé en ce qu'il comprend: au moins deux groupes conducteurs magnétiques (1, 2) comportant chacun deux groupes de plaques po- laires (11, 12) (21, 22) et un groupe de bobinages (13, 23), une plaque formant écran magnétique (3) étant prévue entre deux, adjacents, desdits groupes conducteurs magnétiques (1, 2), les plaques polaires (11, 12) (21, 22) de deux, adjacents, desdits groupes conducteurs magnétiques (1, 2) étant positionnées de façon à présenter une différence d'angle de phase mé- canique fixe, un rotor coaxial aux groupes conducteurs magné- tiques (1, 2) et comportant plusieurs paires de pô- les, et un circuit de commande comportant au moins deux sorties de forme d'onde de courant biphasé et au moins deux groupes d'éléments de détection (51, 52) correspondant au nombre des groupes conducteurs ma- gnétiques (1, 2) et servant à commander respective- ment les courants d'excitation de bobinages polypha- sés (13, 23), chacun desdits éléments de détection (51, 52) étant positionné de façon à présenter la différence d'angle de phase mécanique fixe d'une ma- nière telle que la sortie de chacun desdits courants d'excitation présente un déphasage électrique fixe.