Brevet FR2862819A1 — publié le 20050527

L'invention concerne un moteur électrique à courant continu, notamment pour un mécanisme d'entraînement de lève-vitre d'un véhicule automobile. Pour différentes raisons, un mécanisme d'entraînement électrique de lèvevitre est soumis, en termes de puissance, à de hautes exigences: d'une part, il faut que les temps d'ouverture et de fermeture de la vitre soient courts, d'autre part, il faut venir à bout de forces de frottement considérables générées lors du déplacement de la vitre. Ces forces sont entre autres dues à un guidage stable de la vitre dans la porte, lequel est nécessaire afin de réduire les bruits causés par le vent. En outre, des formes de vitre courbes contribuent à une consommation élevée d'énergie du moteur du lève-vitre. Enfin, la fiabilité du mécanisme d'entraînement du lève-vitre doit être assurée quelles que soient les conditions atmosphériques, et ce notamment dans toutes les plages de températures. A l'encontre des exigences décrites concernant la puissance élevée du moteur, les forces de coincement générées par le mécanisme d'entraînement électrique du lève-vitre doivent être, en revanche, aussi faibles que possible. Le problème qui est à la base de l'invention est de présenter un mécanisme d'entraînement électrique capable de satisfaire de la même manière à ces exigences contraires. Ce problème est résolu selon l'invention grâce à un moteur électrique à courant continu comprenant un rotor avec un diamètre et une épaisseur d'enroulement, un aimant avec un diamètre et une épaisseur de paroi entourant le rotor ainsi qu'un carter avec un diamètre abritant l'aimant, remarquable en ce que le diamètre de l'aimant est au moins 1,5 fois supérieur au diamètre du rotor. Le moteur électrique selon l'invention peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques avantageuses suivantes: - le diamètre du rotor fait moins de 60% du diamètre du carter; - une surface annulaire extérieure, à l'intérieur de laquelle, vu en coupe transversale, est disposé l'aimant, est au moins 1,5 fois supérieure à une surface annulaire intérieure, à l'intérieur de laquelle est disposé le rotor; - l'épaisseur de paroi de l'aimant fait au moins 75% de l'épaisseur d'enroulement du rotor; - le moteur électrique comprend un ressort de fixation d'aimant permettant de maintenir l'aimant dans le carter. Ce moteur électrique selon l'invention présente un rotor avec un enroulement relié à un arbre et entouré par un aimant de manière sensiblement annulaire. Le diamètre de l'aimant est au moins 1,5 fois supérieur, de préférence au moins 1,7 fois supérieur, au diamètre du rotor. Le rotor présente ainsi, par rapport à l'aimant, un diamètre relativement faible. Pour ce qui est du choix d'un moteur électrique, notamment d'un moteur électrique à courant continu, l'invention part du principe qu'il existe un rapport étroit entre la puissance du moteur et l'énergie cinétique emmagasinée dans le moteur lors du fonctionnement de celui-ci. Il est possible de remédier à cet antagonisme dans l'objectif à atteindre en donnant au rotor, en tant qu'élément rotatif du moteur, des dimensions relativement faibles et en donnant, en revanche, à l'aimant qui l'entoure, en tant qu'élément statique ne contribuant pas à la génération de l'énergie cinétique, des dimensions relativement importantes. En déplaçant la masse du moteur des éléments rotatifs vers les éléments fixes, il est possible d'obtenir un rapport particulièrement avantageux entre puissance et inertie du moteur. Etant donné que, lors de l'utilisation du moteur électrique à courant continu dans un mécanisme d'entraînement de lève-glace, les forces de coincement sont d'ores et déjà limitées en raison de la faible énergie cinétique des éléments rotatifs du moteur, il est possible de réduire la complexité des moyens de commande à mettre en oeuvre pour limiter les forces de coincement. Le diamètre du rotor du moteur électrique fait de préférence moins de 60% du diamètre du carter. A l'intérieur du carter, l'aimant vu en coupe transversale est disposé dans une surface annulaire qui entoure le rotor et qui est désignée par "surface annulaire extérieure". Par contre, la surface dans laquelle sont disposés les enroulements du rotor entourant l'arbre est désignée par "surface annulaire intérieure". La surface annulaire extérieure est, de préférence, au moins 1,5 fois supérieure à la surface annulaire intérieure, et fait notamment environ le double de celle-ci. L'épaisseur de paroi de l'aimant est déterminée par la différence entre le rayon extérieur et le rayon intérieur de la surface annulaire extérieure. De même, l'épaisseur d'enroulement du rotor est déterminée par la différence entre le rayon du rotor et le rayon de l'arbre portant celui-ci. L'épaisseur de paroi fait, de préférence, au moins 75% de l'épaisseur d'enroulement, plus précisément l'épaisseur de paroi correspond, du moins approximativement, à l'épaisseur d'enroulement. Dans la réalisation préférée, l'aimant est, de manière simple en termes de technique de fabrication, comprimé de l'intérieur contre la paroi du carter par au moins un ressort de fixation d'aimant et fixé ainsi dans le carter de manière stable, empêchant notamment tout mouvement de rotation par rapport à celui-ci. L'avantage de l'invention réside notamment dans le fait qu'un moteur électrique à courant continu, notamment un moteur d'une puissance inférieure à 1 kW, présente à la fois un couple relativement élevé, grâce à un aimant permanent puissant de grande dimension, et une dynamique élevée, grâce à un rotor présentant un diamètre particulièrement faible par rapport à l'aimant, et donc un couple d'inertie proportionnellement faible. Un exemple de réalisation de l'invention sera expliqué ci-après plus en détail en se référant à un dessin. Dans celui-ci, dans une représentation simplifiée sans échelle: la figure 1 montre une coupe transversale d'un moteur électrique à courant continu selon l'invention, et la figure 2 montre la coupe longitudinale du moteur électrique à courant continu selon la figure 1, la figure 3 montre un moteur électrique à courant continu selon l'état de la technique dans une représentation analogue à la figure 1. Les éléments correspondants ou de fonction identique sont pourvus, dans toutes les figures, des mêmes références. Dans la figure 3 est représentée, de manière schématique, la coupe transversale d'un moteur électrique à courant continu de type conventionnel équipant un mécanisme d'entraînement de lève-vitre d'un véhicule automobile. Le moteur électrique 1 comprend un arbre 2, un rotor 3 monté sur celui-ci, un aimant 4, à savoir un aimant permanent, ainsi qu'un carter 5. La fixation de l'aimant 4 dans le carter 5 est assurée par un ressort de fixation d'aimant 6. Les diamètres respectifs de l'arbre 2, du rotor 3, de l'aimant 4 et du carter 5 sont désignés par les abréviations suivantes: Dw, DL, DM, DG. Dans l'exemple de réalisation, le diamètre DG du carter est de 48 mm ou de 43 mm, le diamètre DL du rotor est de 32 mm ou de 27 mm et le diamètre Dw de l'arbre est de 9 mm. La surface de forme annulaire qui, à l'intérieur du carter 5, est occupée essentiellement par l'aimant 4, est désignée par "surface annulaire extérieure 7". Le rotor 3 comprend un enroulement 8 dont le dimensionnement à l'intérieur d'une surface annulaire intérieure 9 est déterminé par le diamètre Dw de l'arbre ainsi que le diamètre DL du rotor. Ici, la différence entre le diamètre DL du rotor et le diamètre Dw de l'arbre correspond au double de l'épaisseur d'enroulement WL du rotor 3. Dans l'exemple de réalisation, l'épaisseur d'enroulement WL fait, en fonctionnement du dimensionnement du rotor 3, 11,5 mm ou 9 mm. L'aimant 4 présente, dans les deux cas de figure, une épaisseur de paroi WM de 5 mm. Un exemple de réalisation selon l'invention d'un moteur électrique 1 conformément à la figure 1 présente, de même que le moteur électrique 1 de type conventionnel représenté à la figure 3, un carter 5 d'un diamètre DG de 43 mm ainsi qu'un arbre 2 d'un diamètre Dw de 9 mm et est donc en principe compatible avec un moteur d'une conception commentée en référence à la figure 3. A la différence de la conception selon la figure 3, le moteur électrique 1 selon la figure 1 présente un rotor 3 de dimension relativement faible comprenant un diamètre DL de seulement 23 mm et un aimant 4 de dimension relativement importante comprenant une épaisseur de paroi WM de 7 mm. De cette manière, il est possible, avec un rotor 3 dont le couple d'inertie est fortement réduit et un moteur électrique 1 dont l'énergie cinétique maximale est réduite en conséquence, de générer, pour une tension de fonctionnement de 13 V, un couple de par exemple environ 13 Nm, ce qui est suffisant pour une utilisation du moteur en tant que moteur de lève-vitre. Le montage du moteur électrique 1 selon la figure 1 peut s'effectuer au moyen de ressorts de fixation d'aimant 6 de manière tout aussi rationnelle que celui d'un moteur de conception conventionnelle selon la figure 3. Un train d'engrenages non représenté et connecté au moteur électrique 1 selon la figure 1 présente un rapport de transmission d'environ 1:60. Au total, avec un diamètre de rotor DL de 23 mm, l'énergie cinétique emmagasinée dans les éléments rotatifs du mécanisme d'entraînement de lève-vitre est réduite à environ un tiers comparé à un diamètre de rotor DL de 32 mm. Le faible diamètre de rotor DL de 23 mm permet en outre de détecter plus rapidement un éventuel processus de coincement survenant au cours de la fermeture d'une vitre et aussi, de cette manière, de réduire la force de coincement maximale. Il est ainsi possible, par exemple, de renoncer à la "mise en synchronisation électronique" du moteur, laquelle est habituellement utilisée dans les moteurs de lève-vitre afin de satisfaire aux spécifications requises. Le moteur électrique 1, qui n'est pas représenté à l'échelle à la figure 1, présente une épaisseur d'enroulement WL de 7 mm, laquelle correspond à l'épaisseur de paroi WM de l'aimant 4. Le diamètre DL du rotor correspond à environ 58% du diamètre DM de l'aimant et à environ 53070 du diamètre DG du carter. La surface annulaire extérieure 7 correspond à un peu plus du double de la surface annulaire intérieure 9 et est occupée à environ 90% par l'aimant 4. Dans le moteur électrique à courant continu 1 selon la figure 1 représenté en coupe longitudinale à la figure 2, on peut voir, en outre, une roue magnétique 10 à six pôles, laquelle est surdimensionnée puisqu'un fonctionnement sans mise en synchronisation nécessite au maximum 4 pôles. De plus, on peut voir dans la figure 2, disposé tout comme la roue magnétique 10 sur l'arbre 2, un collecteur 11 ainsi que des conducteurs 12 connectés à celui-ci et formant une partie de l'enroulement 8. Le logement de l'arbre 2 est prévu de manière conventionnelle et n'est pas représenté. Le collecteur 11 ainsi que la roue magnétique 10 correspondent, de même que le carter 5, à la forme de réalisation du moteur électrique 1 de type conventionnel selon la figure 3 comportant un diamètre de rotor DL de 27 mm. Il en va de même pour un système de balais non représenté plus en détail coopérant avec le collecteur 11. Il est ainsi possible, en partant d'un moteur de conception conventionnelle selon la figure 3, d'utiliser, avec un coût de fabrication relativement faible, les avantages du moteur 1 selon l'invention représenté conformément aux figures 1 et 2, notamment la dynamique élevée due à la faible inertie des éléments rotatifs 2,3,10,11. REVENDICATIONS 1. Moteur électrique à courant continu comprenant un rotor (3) avec un diamètre (DL) et une épaisseur d'enroulement (WL), un aimant (4) avec un diamètre (DM) et une épaisseur de paroi (WM) entourant le rotor ainsi qu'un carter (5) avec un diamètre (DG) abritant l'aimant, caractérisé en ce que le diamètre (DM) de l'aimant (4) est au moins 1,5 fois supérieur au diamètre (DL) du rotor (3). 2. Moteur électrique à courant continu selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre (DL) du rotor (3) fait moins de 60% du diamètre (DG) du carter (5). 3. Moteur électrique à courant continu selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une surface annulaire extérieure (7), à l'intérieur de laquelle, vu en coupe transversale, est disposé l'aimant (4), est au moins 1,5 fois supérieure à une surface annulaire intérieure (9), à l'intérieur de laquelle est disposé le rotor (3). 4. Moteur électrique à courant continu selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'épaisseur de paroi (WM) de l'aimant (4) fait au moins 75% de l'épaisseur d'enroulement (WL) du rotor (3). 5. Moteur électrique à courant continu selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par un ressort de fixation d'aimant (6) permettant de maintenir l'aimant (4) dans le carter (5). 6. Mécanisme d'entraînement de lève-vitre comprenant un moteur électrique à courant continu selon l'une des revendications 1 à 5.