Brevet FR2831348A1 — publié le 20030425

STRUCTURE DE MOTEUR A COURANT CONTINU SANS BALAI La présente invention se rapporte à une structure de moteur à courant continu sans balai qui est constituée d'un nombre d'éléments plus faible, est facile à fabriquer et à assembler et dont la taille est réduite à un volume minimum. La figure 12 parmi les dessins représente une structure de moteur à courant continu sans balai classique comprenant une bobine de stator 90 présentant des plaques polaires supérieure et inférieure 91 et 92 montées respectivement sur une extrémité supérieure et une extrémité inférieure de celle-ci. Un tube d'axe métallique 93 s'étend à travers les plaques polaires supérieure et inférieure 91 et 92, la bobine de stator 90 et un circuit imprimé 94. Un palier 95 est monté dans le tube d'axe métallique 93 afin de supporter avec liberté de rotation un arbre 97 d'un rotor 96. Un aimant permanent 98 est monté sur le rotor 96 et comprend un pôle nord et un pôle sud qui coopèrent avec une force magnétique créée par le bord des plaques polaires supérieure et inférieure 91 et 92 afin de produire une force de répulsion, entraînant ainsi le rotor 96 en rotation. La figure 13 parmi les dessins représente une autre structure de moteur à courant continu sans balai classique comprenant un stator 80 constitué par une pluralité de plaques en acier au silicium laminées. Des enroulements 82 sont enroulés autour de bras polaires 81 du stator 80. Assemblé dans une partie centrale du stator 80, se trouve un tube d'axe 83 qui s'étend à travers un circuit imprimé 84. Un palier 85 est monté dans le tube d'axe 83 afin de recevoir avec liberté de rotation un arbre 87 d'un rotor 86. Un aimant permanent 88 est monté sur le rotor 86 et comprend un pôle nord et un pôle sud qui coopèrent avec une force magnétique créée entre les bras polaires 81 afin de produire une force de répulsion, entraînant ainsi le moteur 86 en rotation. Dans cette structure de moteur à courant continu sans balai classique, puisque les plaques polaires supérieure et inférieure 91 et 92 (ou les bras polaires 81) et le tube d'axe métallique 93 sont utilisés pour créer un circuit magnétiquement conducteur afin d'entraîner le rotor 96,86, le volume global des structures de moteur ne peut pas être réellement réduit. De plus, puisque la force magnétique de répulsion créée entre les plaques polaires supérieure et inférieure 91 et 92 (ou les bras polaires 81) et l'aimant permanent 98,88 afin de faire tourner le rotor 96,86 nécessite un circuit magnétiquement conducteur créé par les plaques polaires supérieure et inférieure 91 et 92 (ou les bras polaires 81) et le tube d'axe métallique 93, une augmentation de la résistance magnétique globale est provoquée, puisqu'il existe une résistance magnétique dans les matériaux de ces éléments. Le couple de rotation, en conséquence, est affecté de manière défavorable. C'est un objectif de la présente invention que de créer une structure de moteur à courant continu sans balai qui est constituée de moins d'éléments et est ainsi facile à fabriquer et à assembler. Un autre objectif de la présente invention est de créer une structure de moteur à courant continu sans balai dont la taille est réduite à un volume minimum afin de présenter ainsi un champ d'application plus étendu. Un autre objectif de la présente invention est de créer une autre structure de moteur à courant continu sans balai dans laquelle une force de répulsion mutuelle est produite entre un champ magnétique créé en conséquence de l'alimentation d'enroulements et un aimant permanent présentant un pôle nord et un pôle sud sans nécessiter la création d'un circuit magnétiquement conducteur avec de quelconques éléments magnétiquement conducteurs. Ainsi, la résistance magnétique est réduite au minimum et le moteur à courant continu sans balai présente un couple de rotation amélioré. Une structure de moteur à courant continu sans balai selon la présente invention comprend une base en forme de cylindre présentant un orifice traversant ou une chambre. L'orifice traversant sert d'orifice d'axe afin de recevoir, avec liberté de rotation, un arbre d'un rotor. En variante, l'arbre du rotor est reçu avec liberté de rotation dans la chambre. Un orifice d'axe est défini dans une extrémité de la base. Un autre orifice d'axe est défini sur un couvercle fixé sur une extrémité de la base. L'arbre du rotor est reçu avec liberté de rotation dans les orifices d'axe. Au moins deux jeux d'enroulements sont montés sur la base. Il est aussi monté sur la base un élément de commande à circuit intégré (IC), qui est raccordé électriquement aux enroulements. Une force magnétique est produite par un champ magnétique qui est créé en conséquence de l'alimentation des enroulements afin de repousser ainsi l'aimant permanent du rotor présentant un pôle nord et un pôle sud, entraînant de cette manière le moteur en rotation. L'objet de l'invention présente une ou plusieurs des caractéristiques suivantes. La structure de moteur à courant continu sans balai comprend : . Une base comportant un orifice traversant présentant une première extrémité et une seconde extrémité présentant un premier orifice d'axe, un couvercle étant assemblé sur la première extrémité de l'orifice traversant et présentant un second orifice d'axe, la base présentant une paroi, au moins deux jeux d'enroulements étant montés sur la paroi de la base, un moyen de commande IC étant monté sur la base et raccordé électriquement auxdits au moins deux jeux d'enroulements ; et * Un rotor comprenant un arbre et un aimant permanent présentant un pôle nord et un pôle sud, l'arbre étant reçu avec liberté de rotation dans le second orifice d'axe du couvercle et le premier orifice d'axe de la base, dans laquelle une force magnétique de répulsion est créée directement entre l'aimant permanent et lesdits au moins deux jeux d'enroulements, entraînant ainsi le rotor en rotation. * Chacun du second orifice d'axe du couvercle et du premier orifice d'axe de la chambre comporte un roulement monté à l'intérieur. * La paroi de la base comporte au moins deux éléments de montage afin d'assurer le montage desdits au moins deux jeux d'enroulements. . Chacun des éléments de montage est un évidemment ou un bossage en saillie vers l'extérieur. * La structure comprend en outre, deux rondelles montées sur l'arbre du rotor et situées respectivement aux deux extrémités de l'aimant permanent. . La base comprend au moins une nervure sur une face externe de la paroi. * La structure comprend, en outre, un boîtier monté autour de la face externe de la paroi de la base. * Le couvercle est assemblé sur une extrémité du boîtier. 'Le moyen de commande IC comprend un circuit d'attaque et un élément à effet Hall. 'L'arbre du rotor présente une extrémité s'étendant au-delà du couvercle. * La structure comprend, en outre, un élément formant excentrique couplé sur l'extrémité de l'arbre au-delà du couvercle. 'La structure comprend, en outre, une roue de ventilateur couplée à l'extrémité de l'arbre au-delà du couvercle. Alternativement la structure de moteur à courant continu sans balai comprend : Une base comportant un orifice traversant et une paroi, au moins deux jeux d'enroulements étant montés sur la paroi de la base, un moyen de commande IC étant monté sur la base et raccordé électriquement auxdits au moins deux jeux d'enroulements ; et Un rotor comprenant un arbre et un aimant permanent présentant un pôle nord et un pôle sud, l'arbre étant reçu avec liberté de rotation dans l'orifice traversant de la base, l'aimant permanent entourant la base, dans laquelle une force magnétique de répulsion est créée directement entre l'aimant permanent et lesdits au moins deux jeux d'enroulements, entraînant ainsi le rotor en rotation. 'L'orifice traversant de la base présente un diamètre interne supérieur au diamètre externe de l'arbre du rotor, l'orifice traversant présente une première extrémité et une seconde extrémité, un élément support étant monté sur la première extrémité de l'orifice traversant, un couvercle étant assemblé sur la seconde extrémité de l'orifice traversant et présentant un orifice d'axe à travers lequel une extrémité de l'arbre s'étend, l'élément support supportant une autre extrémité de l'arbre. * L'élément support présente une cavité courbe afin de supporter ladite autre extrémité de l'arbre. 'L'orifice d'axe du couvercle comporte un roulement monté à l'intérieur afin de supporter avec liberté de rotation l'arbre. * La paroi de la base présente au moins deux éléments de montage afin d'assurer le montage desdits au moins deux jeux d'enroulements. * Plusieurs ailettes sont montées au-dessus du rotor. D'autres objectifs, avantages spécifiques et nouvelles particularités de l'invention vont devenir plus évidents de la description détaillée suivante et des modes de réalisation préférés lorsqu'ils sont considérés en relation avec les dessins annexés. La figure 1 est une vue en perspective en éclaté d'un premier mode de réalisation d'une structure de moteur à courant continu sans balai selon la présente invention. La figure 2 est une vue en coupe de la structure de moteur à courant continu sans balai de la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe prise suivant la ligne 3-3 de la figure 2. La figure 4 est une vue en perspective en éclaté d'un deuxième mode de réalisation d'une structure de moteur à courant continu sans balai selon la présente invention. La figure 5 est une vue en coupe de la structure de moteur à courant continu sans balai de la figure 4. La figure 6 est une vue en coupe prise suivant la ligne 6-6 de la figure 5. La figure 7 est une vue en perspective en éclaté d'un troisième mode de réalisation de la structure de moteur à courant continu sans balai selon la présente invention. La figure 8 est une vue en coupe de la structure de moteur à courant continu sans balai de la figure 7. La figure 9 est une vue en coupe suivant une ligne 9-9 de la figure 8. La figure 10 est une vue de côté d'un moteur à vibration utilisant la structure de moteur à courant continu sans balai selon la présente invention. La figure 11 est une vue de côté d'un ventilateur de dissipation thermique utilisant la structure de moteur à courant continu sans balai selon la présente invention. La figure 12 est une vue en perspective en éclaté d'une structure de moteur à courant continu sans balai classique. La figure 13 est une vue en perspective en éclaté d'une autre structure de moteur à courant continu sans balai classique. Des modes de réalisation préférés selon la présente invention vont maintenant être décrits en se référant aux dessins annexés. En se référant à la figure 1, un premier mode de réalisation d'une structure de moteur à courant continu sans balai selon la présente invention comprend principalement une base 1 et un rotor 2. La base 1 est un cylindre comportant une chambre 11 avec une extrémité ouverte afin de recevoir avec liberté de rotation le rotor 2, et un couvercle 17 est formé de manière à refermer la chambre 11. Un orifice d'axe 12 est défini dans l'autre extrémité de la chambre 11. Dans ce mode de réalisation préféré, un élément résistant à l'usure tel qu'un roulement 13 ou un palier lisse est monté dans l'orifice d'axe 12 afin de recevoir avec liberté de rotation une extrémité d'un arbre 21 du rotor 2. Au moins deux éléments de montage 14 sont formés sur une paroi de la base 1. Chaque élément de montage 14 peut être un évidement dans la base 1 ou un bossage en saillie vers l'extérieur montré à la figure 1, et un enroulement 15 associé est assemblé sur le bossage 14. Dans le but de permettre la rotation du rotor 2, un moyen de commande à circuit intégré 16 comprenant un circuit d'attaque classique et un élément à effet Hall est monté sur la base 1 et raccordé électriquement aux enroulements 15. Le couvercle 17 présente un orifice d'axe 171. Dans un mode de réalisation préféré, un élément résistant à l'usure tel qu'un roulement 18 ou un palier lisse est monté dans l'orifice d'axe 12 afin de recevoir avec liberté de rotation une extrémité d'un arbre 21 du rotor 2. Un aimant permanent 22 est monté autour de l'arbre 21 du rotor 2, l'aimant permanent 22 présentant un pôle nord et un pôle sud. Deux extrémités de l'arbre 21 sont reçues respectivement avec liberté de rotation dans l'orifice d'axe 12 de la base 1 et l'orifice d'axe 171 du couvercle 17. Si nécessaire, deux rondelles 23 sont montées sur l'arbre de rotor et situées respectivement sur deux extrémités de l'aimant permanent 22 de manière à éviter le frottement direct entre l'aimant permanent 22 et la base 1 et à éviter le frottement direct entre l'aimant permanent 22 et le couvercle 17. Une extrémité de l'arbre 21 peut s'étendre hors de la base 1 à travers l'orifice d'axe 12 de la base 1 ou de l'orifice d'axe 171 du couvercle 17. Comme cela est représenté aux figures 2 et 3, la base 1 comporte deux éléments de montage 14 formés sur ses parois afin de recevoir respectivement sur deux jeux d'enroulements 15. Le rotor 2 est reçu dans la chambre 11 de la base 1 et le couvercle 17 est assemblé sur l'extrémité ouverte de la chambre 11 de la base 1. Deux extrémités de l'arbre 21 du rotor 2 sont reçues avec liberté de rotation respectivement dans l'orifice d'axe 12 de la base 1 et l'orifice d'axe 171 du couvercle 17. Le moyen de commande à circuits intégrés IC 16 détecte une modification de la polarité de l'aimant permanent 22 du rotor 2 et envoie un signal afin de modifier la polarité du champ magnétique créé par les jeux d'enroulements 15, entraînant ainsi l'aimant permanent 22 en rotation sous l'action d'une force de répulsion et permettant ainsi la rotation continue du rotor 2. La figure 4 représente un deuxième mode de réalisation de l'invention, dans lequel la paroi de la base 1 comprend au moins une nervure 19 sur une de face externe de celle-ci, et au moins deux éléments de montage 14 sont formés sur la paroi de la base 1 afin d'assurer le montage d'au moins deux jeux d'enroulements 15. Un moyen de commande IC 16 est monté sur la base 1 et un boîtier 3 est formé afin de contenir les éléments. En outre, un couvercle 17 est prévu de manière à obturer une extrémité ouverte du boîtier 3, mieux montré aux figures 5 et 6. Les deux jeux d'enroulements 15 et le moyen de commande IC 16 peuvent être protégés par le boîtier 3. La figure 7 représente un troisième mode de réalisation de l'invention comprenant une base 4 et un rotor 5. La base 4 comporte un orifice traversant 41 qui sert d'orifice d'axe afin de recevoir avec liberté de rotation un arbre 51 du rotor 5. Dans un mode de réalisation préféré, l'orifice traversant 41 présente un diamètre interne supérieur au diamètre externe de l'arbre 51. De plus, un couvercle 47 est monté sur une extrémité de l'orifice traversant 41 et comporte un orifice d'axe 471 afin de supporter avec liberté de rotation l'arbre 51. Dans un mode de réalisation préféré, un élément résistant à l'usure, tel qu'un roulement 48 ou un palier lisse est monté dans l'orifice d'axe 471. L'autre extrémité de la base 4 forme un support pour une extrémité de l'arbre 51. Dans un mode de réalisation préféré, un élément support 42 réalisé en un matériau résistant à l'usure est formé sur l'autre extrémité de la base 4 et présente une cavité courbe concave 43 afin d'assurer une rotation à point fixe plus stable du rotor 5. Au moins deux éléments de montage 44 sont formés sur une paroi de la base 4 afin d'assurer le montage d'un nombre correspondant de jeux d'enroulements 45. Un moyen de commande IC 46 est monté sur la base 4 et comprend un circuit d'attaque et un élément à effet Hall. Le moyen de commande IC 46 est raccordé électriquement aux enroulements 45. Une extrémité de l'arbre 51 du rotor 5 s'étend à travers l'orifice d'axe 471 du couvercle 47 et le roulement 48. L'autre extrémité de l'arbre 51 repose sur l'élément support 42 ou dans la cavité courbe 43 dans l'élément support 42 afin de permettre une rotation plus stable du rotor 5. Un aimant permanent annulaire 52 est monté sur le rotor 5 et présente un pôle nord et un pôle sud. L'aimant permanent annulaire 52 entoure la base 4. Si nécessaire, des ailettes 54 peuvent être formées sur le rotor 5, de telle sorte que le courant d'air est entraîné lorsque le rotor 5 tourne, formant ainsi un ventilateur de dissipation thermique. Comme cela est représenté aux figures 8 et 9, l'extrémité de l'arbre 51 du rotor 5 s'étend à travers l'orifice d'axe 471 du couvercle 47 et le roulement 48 et est alors retenue en place par un élément de retenue 53 tel qu'un circlips. L'autre extrémité de l'arbre 51 repose sur l'élément support 42 ou dans la cavité courbe 43 dans l'élément support 42 de manière à assurer une rotation plus stable du rotor 5. L'aimant permanent annulaire 52 du rotor 5 entoure la base 4 et est situé dans une position correspondant aux positions des enroulements 45. Ainsi, une force de répulsion est créée entre l'aimant permanent 52 présentant un pôle nord et un pôle sud et un champ magnétique créé en conséquence de l'alimentation des enroulements 45. Alors, le rotor 5 est entraîné en rotation par la force de répulsion. En se référant à la figure 10, après assemblage du moteur à courant continu sans balai, un élément formant excentrique 24 peut être couplé à l'arbre 21 s'étendant au-delà du couvercle 17 ou de la base 1, utilisant ainsi le moteur à courant continu sans balai comme un moteur à vibration. En variante, comme cela est représenté à la figure 11, une roue de ventilateur 25 peut être couplée à l'arbre 21 s'étendant au-delà du couvercle 17 ou de la base 1, utilisant ainsi le moteur à courant continu sans balai comme un ventilateur de dissipation thermique. La structure de moteur à courant continu sans balai selon la présente invention présente moins d'éléments et elle présente ainsi une structure simplifiée qui est facile à fabriquer et à assembler. De plus, les éléments magnétiquement conducteurs tels que les plaques polaires et le tube d'axe métallique requis dans des moteurs à courant continu sans balai classiques sont omis dans la structure de moteur à courant continu sans balai selon la présente invention. Le volume global de la structure de moteur à courant continu sans balai selon la présente invention est réduit. En outre, puisque la force magnétique de répulsion destinée à entraîner le rotor en rotation est créée directement entre un champ magnétique créé en conséquence de l'alimentation des enroulements et l'aimant permanent du rotor, le circuit magnétiquement conducteur est fortement raccourci. En conséquence, la résistance magnétique est réduite et assure ainsi un couple de rotation supérieur sur le rotor. Bien que l'invention ait été expliquée en relation avec ses modes de réalisation préférés comme cela a été mentionné précédemment, il doit être compris que beaucoup d'autres modifications et variantes possibles peuvent être réalisées sans s'écarter de la portée de l'invention. Il est, par conséquent, prévu que les revendications annexées couvrent de telles modifications et variantes qui tombent dans la portée réelle de l'invention. REVENDICATIONS 1. Structure de moteur à courant continu sans balai comprenant : une base (1) comportant un orifice traversant présentant une première extrémité et une seconde extrémité présentant un premier orifice d'axe (12), un couvercle (17) étant assemblé sur la première extrémité de l'orifice traversant et présentant un second orifice d'axe (171), la base présentant une paroi, au moins deux jeux d'enroulements (15) étant montés sur la paroi de la base (1), un moyen de commande IC (16) étant monté sur la base (1) et raccordé électriquement auxdits au moins deux jeux d'enroulements (15) ; et un rotor (2) comprenant un arbre (21) et un aimant permanent (22) présentant un pôle nord et un pôle sud, l'arbre (21) étant reçu avec liberté de rotation dans le second orifice d'axe (171) du couvercle (17) et le premier orifice d'axe (12) de la base (1), dans laquelle une force magnétique de répulsion est créée directement entre l'aimant permanent (22) et lesdits au moins deux jeux d'enroulements (15), entraînant ainsi le rotor (2) en rotation. 2. Structure de moteur à courant continu sans balai selon la revendication 1, dans laquelle chacun du second orifice d'axe (171) du couvercle (17) et du premier orifice d'axe (12) de la chambre (11) comporte un roulement (18) monté à l'intérieur. 3. Structure de moteur à courant continu sans balai selon la revendication 1, dans laquelle la paroi de la base (1) comporte au moins deux éléments de montage (14) afin d'assurer le montage desdits au moins deux jeux d'enroulements (15). 4. Structure de moteur à courant continu sans balai selon la revendication 3, dans laquelle chacun des éléments de montage (14) est un évidement. 5. Structure de moteur à courant continu sans balai selon la revendication 3, dans laquelle chacun des éléments de montage (14) est un bossage en saillie vers l'extérieur. 6. Structure de moteur à courant continu sans balai selon la revendication 1, comprenant, en outre, deux rondelles (23) montées sur l'arbre (21) du rotor (2) et situées respectivement aux deux extrémités de l'aimant permanent (22). 7. Structure de moteur à courant continu sans balai selon la revendication 1, dans laquelle la base (1) comprend au moins une nervure (19) sur une face externe de la paroi. 8. Structure de moteur à courant continu sans balai selon la revendication 7, comprenant, en outre, un boîtier (3) monté autour de la face externe de la paroi de la base (1). 9. Structure de moteur à courant continu sans balai selon la revendication 8, dans laquelle le couvercle (17) est assemblé sur une extrémité du boîtier (3). 10. Structure de moteur à courant continu sans balai selon la revendication 1, dans laquelle le moyen de commande IC (16) comprend un circuit d'attaque et un élément à effet Hall. 11. Structure de moteur à courant continu sans balai selon la revendication 1, dans laquelle l'arbre (21) du rotor (2) présente une extrémité s'étendant au-delà du couvercle (17). 12. Structure de moteur à courant continu sans balai selon la revendication 11, comprenant, en outre, un élément formant excentrique (24) couplé sur l'extrémité de l'arbre (21) au-delà du couvercle (17). 13. Structure de moteur à courant continu sans balai selon la revendication 11, comprenant, en outre, une roue de ventilateur (25) couplée à l'extrémité de l'arbre (21) au-delà du couvercle (17). 14. Structure de moteur à courant continu sans balai comprenant : une base (4) comportant un orifice traversant (41) et une paroi, au moins deux jeux d'enroulements (45) étant montés sur la paroi de la base (1), un moyen de commande IC (46) étant monté sur la base (1) et raccordé électriquement auxdits au moins deux jeux d'enroulements (45) ; et un rotor (5) comprenant un arbre (51) et un aimant permanent (52) présentant un pôle nord et un pôle sud, l'arbre (51) étant reçu avec liberté de rotation dans l'orifice traversant (41) de la base (4), l'aimant permanent (52) entourant la base (4), dans laquelle une force magnétique de répulsion est créée directement entre l'aimant permanent (52) et lesdits au moins deux jeux d'enroulements (45), entraînant ainsi le rotor (5) en rotation. 15. Structure de moteur à courant continu sans balai selon la revendication 14, dans laquelle l'orifice traversant (41) de la base (4) présente un diamètre interne supérieur au diamètre externe de l'arbre (51) du rotor (5), l'orifice traversant (41) présente une première extrémité et une seconde extrémité, un élément support (42) étant monté sur la première extrémité de l'orifice traversant (41), un couvercle (47) étant assemblé sur la seconde extrémité de l'orifice traversant (41) et présentant un orifice d'axe (471) à travers lequel une extrémité de l'arbre (51) s'étend, l'élément support (42) supportant une autre extrémité de l'arbre (51). 16. Structure de moteur à courant continu sans balai selon la revendication 15, dans laquelle l'élément support (42) présente une cavité courbe (43) afin de supporter ladite autre extrémité de l'arbre (51). 17. Structure de moteur à courant continu sans balai selon la revendication 15, dans laquelle l'orifice d'axe (471) du couvercle (47) comporte un roulement (48) monté à l'intérieur afin de supporter avec liberté de rotation l'arbre (51). 18. Structure de moteur à courant continu sans balai selon la revendication 14, dans laquelle la paroi de la base (4) présente au moins deux éléments de montage (44) afin d'assurer le montage desdits au moins deux jeux d'enroulements (45). 19. Structure de moteur à courant continu sans balai selon la revendication 18, dans laquelle chacun des éléments de montage (44) est un évidement. 20. Structure de moteur à courant continu sans balai selon la revendication 18, dans laquelle chacun des éléments de montage (44) est un bossage en saillie vers l'extérieur. 21. Structure de moteur à courant continu sans balai selon la revendication 14, dans laquelle le moyen de commande IC (46) comprend un circuit d'attaque et un élément à effet Hall. 22. Structure de moteur à courant continu sans balai selon la revendication 14, dans laquelle plusieurs ailettes (54) sont montées audessus du rotor (5).