Brevet FR2893771A3 — publié le 20070525

FR 2893771 A3 20070525 FR 0605788 A 20060627 MOTEUR CC SANS BALAIS ET VENTILATEUR MU PAR ROTOR EXTERIEUR AVEC UN AIMANT ANNULAIRE EN FERRITE AVEC ALIGNEMENT DE GRAIN SUR SON CONTOUR INTERIEUR. La présente invention concerne un moteur CC sans balais ou un ventilateur mu par un rotor extérieur, et en particulier un moteur CC sans balais ou un ventilateur ayant un aimant annulaire en ferrite avec alignement de grain sur son contour intérieur afin d'augmenter la force magnétique et l'effet d'accumulation d'énergie magnétique, et ensuite pour augmenter l'efficacité du moteur CC sans balais et du ventilateur. Selon l'évaluation de l'Institut de recherche de l'énergie électrique aux Etats-Unis, la consommation d'énergie électrique au cours de ces dernières années a représenté 40% du montant de la consommation totale des ressources énergétiques, et la proportion d'alimentation en énergie électrique a largement augmenté suite à l'amélioration des conditions de vie. On estime que d'ici l'année 2010, 80% des ressources énergétiques concerneront l'alimentation des appareils électriques, alors que la consommation des ressources énergétiques des moteurs occupera 55% de la consommation totale des ressources énergétiques ; en prévision de cela, des mesures ont dû être prises pour développer des moteurs extrêmement fiables et dotés de bonnes performances afin d'augmenter la compétitivité d'un pays. Parmi différentes catégories de moteurs, du fait que les moteurs CC sans balais adoptent des structures électroniques de changement de phase, qui permettent aux moteurs d'atteindre la vitesse de 10 000 t/min, le grand choix de vitesses de ceux-ci, la faible inertie du rotor, 2 la faible interférence électro-magnétique, l'économie d'entretien des balais de carbone et l'élimination de la poussière de poudre de carbone des balais constituent tous les avantages des moteurs CC sans balais ; et ce sont les moteurs qui doivent être utilisés dans les machines d'outillage CNC, le matériel de traitement à semi-conducteur dans le domaine de la haute précision de commande. De plus, en raison de l'avance technique rapide et de l'utilisation courante de commande spécifique IC pour les moteurs sans balais, les moteurs sans balais sont supérieurs au niveau du prix, certains domaines de moteurs à induction traditionnels ont été progressivement remplacés par les moteurs CC sans balais, comme ces moteurs de ventilateurs intérieurs sans poussière pour l'ingénierie chimique, l'équipement ménager ou le bâtiment, ces moteurs de ventilateurs de dissipation de chaleur comme les moteurs de ventilateurs de climatiseurs, les moteurs de ventilateurs de plafond, les moteurs de compresseurs, les moteurs à entraînement direct des machines à laver, les moteurs de pompes à pression constante du bâtiment et les produits électroniques consommateurs d'énergie (comme les projecteurs, les ventilateurs d'ordinateurs) etc., il est donc évident qu'à l'avenir, les moteurs CC sans balais et les ventilateurs prédomineront dans ces industries. Cependant, l'aimant de rotor extérieur utilisé actuellement dans chacun de ces moteurs CC sans balais et ventilateurs mus par un rotor extérieur utilise la plupart du temps la série néodyme-fer-bore (NdFeB). Ce matériau est produit par mélange de 94% de néodyme-fer-baron (NdFeB) et 6% de nylon, il se forme un élément annulaire par moulage par injection, 28 positions de pôles sur le contour intérieur de l'élément annulaire sont magnétisées pour former un aimant annulaire de 28 pôles. Les caractéristiques magnétiques de cette matière peuvent remplir de manière sûre les conditions requises, mais son défaut est son prix élevé (le néodyme est un métal rare avec un petit rendement de production) et il est difficile à produire, ce qui fait d'un article en néodyme un produit très cher. Par conséquent, les fabricants utilisent des aimants faits d'une matière d'aimant anisotropique en ferrite en mode façonnage par perforation par voie humide au lieu d'aimants en néodyme-fer-bore (NdFeB) pour diminuer leurs coûts. Le problème résidant dans le traitement technique de ces aimants de rotors extérieurs, ces aimants ne peuvent être utilisés que pour faire des aimants anisotropiques en ferrite en forme de croissant de lune et ensuite au moins trois de ces aimants en forme de croissant de lune sont assemblés pour faire une forme annulaire. Ces aimants permanents annulaires assemblés à partir des aimants anisotropiques en forme de croissant de lune en ferrite présentent les graves défauts de fonctionnement suivants : 1. Lors du montage, un espace d'air formé chaque fois entre deux aimants sera susceptible d'induire des fuites magnétiques ; de ce fait, un remblayage sera induit pendant le fonctionnement des aimants permanents annulaires. 2. Du fait que les aimants permanents annulaires 30 sont formés chacun de plusieurs aimants en forme de croissant de lune, leur travail de traitement et d'assemblage prend plus de temps et leur rondeur intérieure est inférieure. 3. La densité de flux magnétique de surface des aimants formés de néodyme-fer-bore (NdFeB) par moulage par injection est de 2100-2300 Gauss, alors que celle des aimants faits à partir d'aimants en ferrite n'est que de 1650-1950 Gauss, ce qui est légèrement insuffisant. 4. La température de frittage des aimants en ferrite est d'environ 1240 C, l'épaisseur des aimants frittés ne sera pas trop petite, sinon les aimants sont fragiles, si bien que le diamètre extérieur de chaque aimant annulaire assemblé est plus grand ; de ce fait le boîtier d'un moteur entier et d'un ventilateur entier est encombrant. 5. En raison des problèmes de fuite magnétique, de remblayage, de force magnétique insuffisante et de diamètre extérieur plus grand etc., chaque aimant annulaire permanent assemblé à partir d'aimants anisotropiques en ferrite en forme de croissant de lune ne peut toujours pas être reconnu conforme aux spécifications ; il est moins compétitif pour ce qui est d'une valeur ajoutée à un produit. Et de plus, lorsque le matériau composite de néodyme-fer-bore (NdFeB) ou un aimant anisotropique en ferrite en forme de croissant de lune est utilisé sur un moteur CC sans balais mu par un rotor extérieur, ses flux magnétiques passent tous à travers un disque rotatif en fer entourant l'aimant annulaire et à travers l'air, puis forment des boucles magnétiques avec un stator intérieur, dans ce mode, la perte de flux magnétiques est très importante, ce qui réduit l'effet d'un moteur et d'un ventilateur. En fait, l'utilisation d'un aimant annulaire assemblé à partir d'un aimant permanent anisotropique en ferrite n'est pas mauvaise en plus de sa prévalence au niveau du prix ; ses caractéristiques physiques sont 5 meilleures que celles des aimants formés de la série de néodyme-fer-boron (NdFeB) ; cela reste une excellente option de matériau pour les industries dont les exigences sont plus importantes au niveau de la gamme de températures, la résistance à l'humidité et la résistance aux alcalins. En outre, le matériau d'un aimant en ferrite est principalement produit à partir de calamine récupérée obtenue par lavage à l'acide de plaques d'acier ; elle est plus conforme à la tendance de protection de l'environnement. Et de plus, comme on l'a constaté précédemment, en ce qui concerne uniquement les caractéristiques magnétiques, le matériau d'un aimant en ferrite est inférieur à la série de néodyme-fer-bore (NdFeB). Par conséquent, si la structure d'un aimant annulaire en ferrite est améliorée et est utilisée comme un aimant d'un rotor extérieur sur un moteur CC sans balais ou un ventilateur mu par un rotor extérieur, les fuites magnétiques peuvent être réduites, la densité du flux magnétique de surface de l'aimant et l'intensité du champ magnétique peuvent être augmentées, pendant ce temps le travail de traitement dans l'assemblage peut être réduit ; de ce fait, les caractéristiques magnétiques de l'aimant en ferrite peuvent être extrêmement développées, l'aimant en ferrite pourra remplacer l'aimant de la série de néodyme-fer-bore (NdFeB) dont le rendement de production est inférieur et qui est cher ; ceci aura une influence révolutionnaire sur les moteurs CC sans balais et les ventilateurs entraînés par des rotors extérieurs pour faire avancer l'industrie de l'art ; et c'est la raison de l'étude et du développement de la structure de la présente invention. En particulier, le moteur CC sans balais ou le ventilateur mu par un rotor extérieur ayant un aimant annulaire en ferrite avec alignement de grain sur son contour intérieur de la présente invention présente un corps principal, le corps principal est composé d'une base, d'un stator et d'un rotor extérieur entourant le stator, dans lequel la base présente un axe de rotation, le stator possède en outre un jeu de culasses et une bobine d'induction, le rotor extérieur est composé d'un disque rotatif et d'un aimant annulaire en ferrite, avec alignement de grain sur son contour intérieur et fixé sur le contour intérieur du disque rotatif, l'aimant périphérique intérieur en ferrite avec alignement de grain est un aimant permanent anisotropique multipolaire, le corps principal de l'aimant annulaire en ferrite est divisé en une couche extérieure magnéto-conductrice qui n'est pas magnétique et une couche intérieure magnétique, lorsque l'électricité pénètre dans le stator pour provoquer le changement alternatif des pôles magnétiques, l'aimant annulaire en ferrite avec alignement de grain sur son contour intérieur peut être attiré et rejeté pour entraîner la rotation du rotor extérieur entier et produire de l'électricité. Outre la rotation indiquée ci-dessus et la production d'électricité du rotor extérieur, la présente invention comprend les deux modes d'application suivants, en particulier . 7 1. lorsqu'ils sont utilisés sur un moteur, la base, le stator et le rotor extérieur mentionnés ci-dessus sont tous fournis dans un boîtier du moteur, le rotor extérieur entraîne l'axe de rotation sur la base, l'axe de rotation sort du boîtier pour produire de l'électricité et pour être un axe de production d'électricité du moteur. 2. lorsque qu'il est utilisé sur un ventilateur, le rotor extérieur est équipé directement sur sa partie extérieure avec des pales de ventilateur ; en faisant pivoter le rotor extérieur, les pales du ventilateur tournent de manière synchronisée avec le rotor extérieur, il est alors possible d'obtenir un effet de soufflage d'air en faisant tourner les pales de ventilateur. En plus de ceci, l'objectif de la division de l'aimant annulaire en ferrite avec alignement de grain sur son contour intérieur dans la couche intérieure magnétique et la couche extérieure magnéto-conductrice est de faire s'inverser les flux magnétiques de la couche magnétique intérieure immédiatement lorsqu'ils traversent la couche extérieure magnéto-conductrice, pour raccourcir ainsi les boucles magnétiques et augmenter la force magnétique et l'effet de l'accumulation d'énergie magnétique, et pour ensuite augmenter l'efficacité du moteur CC sans balais ou le ventilateur mu par le rotor extérieur. De manière différente du mode du matériau composite traditionnel des aimants en néodyme-ferbore (NdFeB) ou des aimants anisotropiques en ferrite en forme de croissant de lune, lorsqu'il sont utilisés sur le moteur CC sans balais ou sur le ventilateur mu par un rotor extérieur, les flux magnétiques passent tous à travers un disque rotatif en fer entourant l'aimant annulaire et à travers l'air, puis forment des boucles magnétiques avec un stator intérieur. Dans ce mode, la perte de flux magnétiques est très importante, ce qui réduit ainsi l'effet du moteur et du ventilateur. La présente invention sera évidente à partir de deux modes de réalisation préférés de celle-ci après lecture de la description détaillée du mode de réalisation préféré de celle-ci en référence aux dessins joints. La figure 1 est une vue schématique en coupe montrant la structure d'un premier mode de réalisation préféré (appliqué à un moteur CC sans balais) mu par un rotor extérieur de la présente invention ; La figure 2 est une vue schématique en perspective montrant les boucles magnétiques de flux magnétiques d'un aimant annulaire en ferrite avec alignement de grain sur son contour intérieur ; La figure 3 est une vue schématique en coupe montrant la structure d'un deuxième mode de réalisation préféré (appliqué à un ventilateur) mu par un rotor extérieur de la présente invention ; Dans un premier mode de réalisation de la présente invention, représenté sur la figure 1 qui est une vue en coupe montrant la structure d'un moteur CC sans balais 90 mu par un rotor extérieur, le moteur CC sans balais 90 produit de l'électricité en faisant tourner un axe de rotation. Sur le dessin, l'axe de rotation est équipé sur son extrémité avant d'une poulie à courroie 91, lorsque l'axe de rotation 91 pivote, la poulie à courroie 91 tourne pour produire de l'électricité. L'extrémité avant de l'axe de rotation peut certainement être équipée de pales de ventilateur ou d'autres éléments nécessaires de commande de rotation. 9 Dans ce mode de réalisation, le moteur CC sans balais 90 mu par un rotor extérieur est équipé intérieurement d'une base 10, d'un stator 20 et du rotor extérieur 30 entourant le stator 20, dans lequel : la base 10 est fixée dans un boîtier 92 du moteur CC sans balais 90 pour l'assemblage et le positionnement du stator 20 et du rotor extérieur 30, et est équipé, en position centrale, d'un axe de rotation 12 qui doit pivoter à l'aide d'un palier 11. Il est équipé d'un côté d'un élément de Hall 13 (inducteur magnétique CI) et l'axe de rotation 12 sort d'un boîtier 92 du moteur 90 pour connecter à la poulie à courroie précitée 91 les pales de ventilateur ou autres éléments nécessaires à la commande de rotation, lorsque l'axe de rotation 12 pivote, de l'électricité est produite ; le stator 20 est fixé sur le contour extérieur de l'axe de rotation 12 et a ensuite un jeu de culasses 21 et une bobine d'induction 22, cela permet à l'électricité de passer à l'intérieur de la bobine d'induction 22 en mode de changement de phase électronique, ceci peut permettre au stator 20 de créer un changement alternatif de pôles magnétiques ; le rotor extérieur 30 est composé du disque rotatif 31 et d'un aimant annulaire en ferrite 40 avec alignement de grain sur son contour intérieur et fixé sur le contour du disque rotatif 31, dans lequel le centre du disque rotatif 31 et l'axe de rotation 12 de la base 10 sont fixés, l'aimant annulaire en ferrite 40 entoure le stator et maintient une distance correcte depuis l'élément de Hall 13 de la base 10 ; lorsque l'aimant annulaire en ferrite 40 du rotor extérieur 30 est entraîné pour pivoter, par une rotation synchronisée de l'axe de rotation 12 dans le boîtier 92 du moteur 90 entraîné par le disque rotatif 31, lorsque l'axe de rotation 12 est connecté à la poulie à courroie 91, des pales de ventilateur ou autres éléments nécessaires à la commande de rotation, de l'électricité est produite. Lors de l'assemblage des éléments précités, lorsque le courant électrique est introduit dans le stator 20 en mode de changement de phase électronique pour créer un changement alternatif de pôles magnétiques, l'aimant annulaire multipolaire en ferrite 40 peut être attiré et rejeté pour faire tourner le rotor extérieur entier 30 et le rotor extérieur 30 fait tourner de manière synchronisée l'axe de rotation 12, de sorte que l'axe de rotation 12 produit de l'électricité ; la vitesse de rotation du rotor extérieur 30 est captée par l'élément de Hall 13 qui produit un signal de commande, ce qui permet au moteur de fonctionner normalement. Comme le montre la figure 2, l'aimant annulaire en ferrite 40 avec alignement de grain sur son contour interne est un aimant permanent anisotropique multipolaire (moins il y a de pôles, plus la vitesse de rotation sera élevée), un corps annulaire principal de l'aimant annulaire en ferrite 40 est divisé en une couche extérieure magnéto-conductrice 41 qui n'est pas magnétique et une couche intérieure magnétique 42, des flux magnétiques de la couche intérieure magnétique 42 s'inversent immédiatement lorsqu'ils traversent la couche extérieure magnéto-conductrice 41, pour raccourcir ainsi les boucles magnétiques et augmenter la force magnétique et l'effet de l'accumulation d'énergie magnétique. De manière différente du mode du matériau composite traditionnel des aimants en néodyme-fer-bore (NdFeB) ou des aimants anisotropiques en ferrite en forme de croissant de lune, lorsqu'il sont utilisés sur le moteur CC sans balais mu par un rotor extérieur, les flux magnétiques passent tous à travers un disque rotatif en fer entourant l'aimant annulaire et à travers l'air, puis forment des boucles magnétiques avec le stator intérieur. Dans ce mode, la perte de flux magnétiques est très importante, ce qui réduit ainsi considérablement l'effet du moteur. Comme le montre la figure 3 qui est une vue schématique en coupe de la structure d'un deuxième mode de réalisation préféré de la présente invention qui est un ventilateur mu par un rotor extérieur, le mode de réalisation est aussi équipé intérieurement d'une base 10, d'un stator 20 et le rotor extérieur 30 entourant le stator 20 ; du courant électrique est introduit dans une bobine d'induction 22 du stator 20 dans un mode de changement de phase électronique, ceci permet au stator entier 20 de créer un changement alternatif de pôles magnétiques, un aimant annulaire en ferrite 40 avec alignement de grain sur son contour intérieur et un disque rotatif 31 du rotor extérieur 30 sont ainsi entraînés. Le principe sur lequel se base le mode de réalisation est le même que celui du premier mode de réalisation préféré, et aucun autre commentaire n'est fait. La différence entre le deuxième mode de réalisation préféré et le premier mode de réalisation préféré est la suivante : le deuxième mode de réalisation préféré n'est pas fourni dans un boîtier de moteur utilisé pour l'entraînement et la fonction d'un axe de rotation 12 de celui-ci est de servir seulement comme axe de pivotement central pour la rotation du rotor extérieur 30 et ne sort pas du boîtier pour produire de l'électricité. En outre, un bord extérieur d'un disque rotatif 31 du rotor extérieur 30 du deuxième mode de réalisation préféré est équipé directement d'une pluralité de pales de ventilateur 93 lorsqu'un stator 20 entraîne l'aimant annulaire en ferrite 40 du rotor extérieur 30 pour faire pivoter le disque rotatif 31 en même temps. Les pales de ventilateur 93 fournies sur le bord extérieur d'un disque rotatif 31 pivotent de manière synchronisée avec celui-ci. De ce fait, de l'énergie éolienne est générée par les pales de ventilateur 93, et un ventilateur mu par un rotor de moteur est activé. Dans ce mode de réalisation préféré, une couche extérieure magnéto-conductrice 41 de l'aimant annulaire en ferrite 40 et une couche magnétique intérieure 42 restent des éléments très importants. Du fait que les flux magnétiques de la couche magnétique intérieure 42 de l'aimant annulaire en ferrite 40 s'inversent immédiatement lorsqu'ils traversent la couche extérieure magnéto-conductrice 41, l'aimant annulaire en ferrite 40 n'a pas besoin d'avoir du fer autour de lui pour former des boucles magnétiques avec le stator intérieur 20, de ce fait, le disque rotatif 31 n'a pas besoin d'être constitué d'un matériau conducteur métallique magnétique. En d'autres termes, le disque rotatif 31 pour le ventilateur mu par une rotor extérieur et les pales de ventilateur 93 peuvent être intégralement formées en plastique par moulage par injection. Le bord intérieur du disque rotatif 31 peut se permettre d'être fixé directement sur l'aimant annulaire en ferrite 40 avec alignement de grain sur son contour intérieur. Ceci peut 13 réduire considérablement le poids du ventilateur, et permet à l'aimant annulaire en ferrite 40 de s'adapter à n'importe lequel des différents ventilateurs de dissipation de chaleur pivotant avec des vitesses de rotation élevées, et peut réduire le défaut d'une technique traditionnelle qui entraîne excentricité et vibration avec un matériau en fer. Les noms des éléments composant la présente invention ne servent qu'à illustrer un mode de réalisation préféré de la présente invention et non à apporter une limite à l'étendue de la présente invention. Il sera évident pour l'homme du métier que différentes modifications ou transformations équivalentes sans déroger à l'esprit, à l'étendue et aux caractéristiques de cette invention relèveront du domaine des revendications jointes et sont destinées à faire partie de cette invention. REVENDICATIONS 1. Moteur CC sans balais (90) mu par un rotor extérieur (30) ayant un aimant annulaire en ferrite (40) avec alignement de grain sur son contour intérieur, dans lequel ledit moteur (90) comprend dans un boîtier (92) de celui-ci . - une base (10) fixée dans ledit boîtier (92) pour l'assemblage et le positionnement d'un stator (20) et d'un rotor extérieur (30), et qui est équipée d'un axe de rotation (12) sortant dudit boîtier (92) dudit moteur (90) pour produire de l'électricité ; - ledit stator (20) fixé sur un contour extérieur dudit axe de rotation (12) de ladite base (10) et ayant en outre un jeu de culasses (21) et une bobine d'induction (22) ; et - ledit rotor extérieur (30) composé d'un disque rotatif (31) et d'un aimant annulaire en ferrite (40) avec alignement de grain sur son contour intérieur et fixé sur un contour intérieur dudit disque rotatif (31), ledit aimant annulaire en ferrite (40) est un aimant anisotropique multipolaire entourant ledit stator (20), un corps principal dudit aimant annulaire en ferrite (40) est divisé en une couche extérieure magnéto-conductrice (41) qui n'est pas magnétique et une couche magnétique intérieure, lorsque l'électricité entre dans ledit stator (20) dans un mode de changement de phase électronique pour permettre un changement alternatif des pôles magnétiques, ledit aimant annulaire multipolaire en ferrite (40) avec alignement de grain sur son contour intérieur est attiré et rejeté pour entraîner la rotation dudit rotor extérieur et produire de l'électricité. 2. Ventilateur mu par un rotor extérieur ayant un aimant annulaire en ferrite (40) avec alignement de grain sur son contour intérieur dans lequel ledit ventilateur comprend : une base (10) pour l'assemblage et le positionnement d'un stator (20) et d'un rotor extérieur (30), équipée d'un axe de rotation (12) ; - ledit stator (20) fixé sur un contour extérieur dudit axe de rotation (12) de ladite base (10), et ayant en outre un jeu de culasses (21) et une bobine d'induction (22) ; et - ledit rotor extérieur (30) composé d'un disque rotatif (31) et d'un aimant annulaire en ferrite (40) avec alignement de grain sur son contour intérieur et fixé sur un contour intérieur dudit disque rotatif (31), un bord extérieur dudit disque rotatif (31) est équipé d'une pluralité de pales de ventilateur, ledit aimant annulaire en ferrite (40) est un aimant anisotropique multipolaire permanent entourant ledit stator (20), un corps principal dudit aimant annulaire en ferrite (40) est divisé en une couche extérieure magnéto-conductrice (41) qui n'est pas magnétique et une couche magnétique intérieure, lorsque l'électricité entre dans ledit stator (20) dans un mode de changement de phase électronique pour permettre un changement alternatif des pôles magnétiques, ledit aimant annulaire multipolaire en ferrite (40) avec alignement de grain sur son contour intérieur est attiré et rejeté pour entraîner ledit disque rotatif (31) et la production d'énergie éolienne par lesdites pales de ventilateur. 3. Moteur CC sans balais mu par un rotor extérieur (30) ayant un aimant annulaire en ferrite (40) avecalignement de grain sur son contour intérieur, selon la revendication 1, dans lequel : - ladite base (10) est équipée d'un côté d'un élément de Hall (13) pour capter la vitesse de rotation dudit aimant annulaire en ferrite (40) avec alignement de grain sur son contour intérieur. 4. Ventilateur mu par un rotor extérieur (30) ayant un aimant annulaire en ferrite (40) avec alignement de grain sur son contour intérieur, selon la revendication 2, dans lequel : - ladite base (10) est équipée d'un côté d'un élément de Hall (13) pour capter la vitesse de rotation dudit aimant annulaire en ferrite (40) avec alignement de grain sur son contour intérieur. 5. Ventilateur mu par un rotor extérieur (30) ayant un aimant annulaire en ferrite (40) avec alignement de grain sur son contour intérieur, selon la revendication 2, dans lequel : - ledit disque rotatif (31) et lesdites pales de 20 ventilateur sont formés intégralement en plastique par moulage par injection.