Brevet FR2899396A1 — publié le 20071005

MOTEUR ÉLECTRIQUE POLYPHASÉ NOTAMMENT POUR L'ENTRAINEMENT DE POMPES OU DE VENTILATEURS La présente invention concerne un moteur électrique polyphasé, notamment pour des applications d'entraînement de pompes ou de ventilateurs dans l'industrie automobile. Dans le domaine industriel et automobile, le choix d'un moteur polyphasé pour l'entraînement de pompes ou de ventilateurs se réalise en fonction de critères qui sont tout autant des critères de coûts, de performances et de durée de vie. En terme de performances sont évalués principalement le rendement et le bruit. Pour réaliser un bon rendement il est nécessaire de disposer d'un volume de cuivre suffisant afin de limiter les pertes Joule, et d'un circuit magnétique court pour minimiser les pertes fer. Pour diminuer le niveau de bruit autant que possible, on recherchera dans le moteur un bon équilibre des forces radiales ainsi qu'un couple résiduel faible. Le coût du moteur est lié au coût des matériaux mais aussi au coût de réalisation et il est particulièrement important de proposer une solution économique pour la réalisation du bobinage. On connaît dans l'état de la technique des moteurs, tels que décrits par le brevet allemand DE19905748, présentant un bon équilibre des forces radiales mais la structure de ces moteurs ne permet pas une réalisation simple du bobinage en bobinant séparément les bobines et en les insérant dans le stator. En effet la maîtrise du couple résiduel nécessite dans ces moteurs de disposer de pôles de forme les plus larges possible et le bobinage doit être réalisé en insérant le fil de cuivre par des encoches particulièrement étroites. Pour faciliter le bobinage certains moteurs présentent alors un stator en plusieurs pièces, mais la simplification du bobinage se fait alors au détriment de la réalisation du circuit statorique qui devient complexe de par l'assemblage d'un grand nombre de pièces et donc coûteux. On connaît également dans l'état de la technique des moteurs permettant une réalisation particulièrement simple et économique du bobinage sur un stator réalisé en une seule pièce, tout en assurant un couple résiduel faible. Toutefois ces moteurs ne sont pas complètement équilibrés en terme de forces radiales, ce qui se révèle un inconvénient en terme de bruit et également de durée de vie pour les paliers. De tels moteurs sont par exemple décrits dans le brevet américain US5880551 de la demanderesse. La présente invention a donc pour but de proposer une solution économique et robuste, adaptée aux grandes séries, présentant un très bon niveau de performances en terme de rendement grâce à son volume de cuivre et son circuit magnétique court, et en terme de bruit de par son équilibre des forces radiales et son faible niveau de couple résiduel. À cet effet, l'invention concerne un moteur polyphasé formé par une partie statorique excitée par des bobines électriques et par un rotor aimanté présentant N paires de pôles aimantés radialement en sens alternés, la partie statorique présentant des dents larges et des dents étroites s'étendant radialement depuis une couronne annulaire. Les dents larges, qui portent les bobinages, ont une largeur sensiblement égale au double de la largeur des dents étroites. Le dimensionnement des largeurs de dents, mesurées sur le diamètre intérieur du stator, utilise un couple de valeur, respectivement pour les dents larges et les dents étroites, ayant la particularité d'annuler les couples résiduels du moteur. La forme du stator, qui présente des dents bobinées de section rectangulaire constante, permet l'introduction de chaque bobine autour d'une dent large, les bobines étant réalisées séparément hors du stator. Pour cela, la largeur d'encoche qui permet de recevoir le bobinage est supérieure à la largeur d'une dent étroite, les dites largeurs étant mesurées sur le diamètre intérieur du stator. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faisant référence aux dessins annexés où . La figure 1 représente une vue en coupe transversale 10 d'un moteur selon l'invention. Le moteur comporte un stator (1) présentant 6 dents larges (11 à 16) et 6 dents étroites (17 à 22) et un rotor (2) présentant N paires de pôles (Al à A10) aimantés radialement en sens alternés. La figure 2 représente une vue en coupe transversale 15 d'un moteur selon l'art antérieur, le stator comportant 6 pôles (51 à 56). La figure 3 représente une vue en coupe transversale d'un moteur selon l'art antérieur, le stator comportant 12 pôles (71 à 82). 20 La figure 4 représente une vue en coupe transversale d'un moteur selon l'art antérieur, le stator comportant 6 pôles larges (P1 à P6) et 6 pôles étroits (P7 à P12). La figure 5 représente un graphique montrant l'évolution de la constante de couple par ampère-tour en 25 fonction de la largeur de dent respectivement pour des stators à 6 et 12 dents. La figure 6 représente une courbe montrant l'évolution du couple résiduel en fonction de la largeur de dent d'un stator à 6 dents. 30 La figure 7 représente une vue en coupe transversale d'un moteur selon l'invention, le stator (1) présentant sur sa surface extérieure 6 embrèvements (101 à 106) disposés entre les bobines. La figure 8 représente une vue en coupe transversale 35 d'un moteur selon l'invention, le stator (1) comportant 3 dents larges (111 à 113) et 9 dents étroites (117 à 125).5 La figure 9 représente une vue en coupe transversale d'un moteur selon l'invention, le stator (1) comportant 3 dents larges (111 à 113) et 6 dents étroites (126 à 131). Dans les moteurs de l'art antérieur tels que représentés par les figures 2 et 3, un faible couple résiduel est recherché en élargissant au maximum les pôles statoriques (51 à 56 et 71 à 82), ce qui laisse une faible largeur d'encoche pour introduire le fil de bobinage. Ceci rend la réalisation des bobinages (61 à 66 et 91 à 96) complexe, difficile à automatiser et n'autorise pas de très bon coefficient de remplissage. Et ce qui est vrai pour le stator 6 dents, est encore accentué pour le stator 12 dents. Pourtant comme le montre la figure 5, il y a un net avantage de performance pour le stator 12 dents avec une constante de couple par ampère-tour augmentée de plus de 30%. Dans les moteurs de l'art antérieur tels que représentés par la figure 4, des pôles étroits (P7 à P12) sont introduits dans la structure statorique entre les pôles larges (P1 à P6). Ceci permet effectivement de bénéficier de l'augmentation du couple par ampère-tour sans sacrifier le volume de cuivre. Mais là encore les pôles statoriques occupent la quasi-totalité de la circonférence intérieure du stator et ne laissent que des encoches de faible largeur pour introduire le fil de bobinage. C'est cette quasi continuité de la circonférence intérieure du stator qui permet ici d'obtenir de faibles couples résiduels pour le moteur. La figure 6 montre que contrairement à ce qui est pratiqué habituellement des pôles statoriques étroits permettent également d'obtenir de très faibles couples résiduels. En effet comme le montre ici la courbe de couple résiduel tracée en fonction de la largeur de dent d'un stator 6 dents, il existe 2 largeurs de dents pour lesquelles le couple résiduel est nul. Pour un moteur on pourra donc déterminer 2 largeurs de dents permettant d'obtenir un faible couple résiduel. Ces 2 largeurs de dents correspondent d'une part à une dent relativement large et d'autre part à une dent de largeur sensiblement moitié. Le moteur selon l'invention, représentée en figure 1, reprend une structure à 12 dents qui assure la meilleure constante de couple et utilise au stator (1) des dents larges (11 à 16) et des dents étroites (17 à 22) permettant de garantir un très faible couple résiduel par un choix judicieux des largeurs de pôles. Les bobinages (41 à 46) sont placés autour des dents larges (11 à 16) ce qui permet d'obtenir le maximum de couple par ampère-tour du moteur. Ce couple par ampère-tour est en effet fonction de la largeur (31) de dent bobinée, mais est très peu influencé par la largeur (33) des dents non bobinées pour autant que ces dernières ne présentent pas de saturation. L'utilisation de pôles étroits pour les dents non bobinées permet de disposer d'une encoche très large pour le passage du bobinage. La largeur (32) de cette encoche est supérieure à la largeur (33) d'une dent étroite. Cette géométrie particulière de stator permet donc de réaliser les bobines (41 à 46) séparément puis de venir les insérer dans le stator autour des dents larges (11 à 16). De cette façon la longueur de bobinage, et donc le volume de cuivre, sont optimisés et les bobines peuvent affleurer l'épanouissement polaire de la dent ce qui minimise le flux de fuite. Avantageusement le stator (1) comporte entre les bobines (41 à 46) des trous (47a à 47f) pour le passage d'organes de fixation sur un support, par exemple des vis ou des rivets. La géométrie du stator permet de placer ces trous (47a à 47e) à l'intérieur du diamètre extérieur des bobines, ce qui permet de prévoir un assemblage du moteur sans tube extérieur. Cela permet de diminuer le nombre de pièces et constitue un gain en masse et en encombrement, le diamètre du stator (1) devenant le diamètre extérieur du moteur. La figure 7 représente un mode de réalisation préféré pour l'invention. Une des limitations des moteurs électriques étant leur échauffement, il est important d'améliorer les surfaces d'échange thermique avec l'extérieur. A cet effet le stator comporte sur sa surface extérieure des embrèvements qui permettent d'augmenter de manière importante sa surface d'échange avec l'extérieur. Ces embrèvements par ailleurs ne perturbent pas le trajet des lignes de champ magnétique car le flux généré par chacun des pôles bobinés se referme par les 2 pôles adjacents. Les moteurs selon l'invention et présentés aux figures 1 et 7 sont parfaitement équilibrés en terme de forces radiales avec et sans courant du fait de leur parfaite symétrie diamétrale. Pour des raisons de coût on peut toutefois préférer dans certaines applications réduire le nombre de bobines. Dans ce cas, seulement une dent large sur 2 sera bobinée et on acceptera la présence de forces radiales lors de l'alimentation en courant des bobines. Les figures 8 et 9 montrent des réalisations avec seulement 3 bobines mais avec des structures statoriques qui garantissent toujours le faible couple résiduel du moteur. Le moteur représenté à la figure 8 présente 9 dents étroites (117 à 125) et 3 dents larges (111 à 113) portant 3 bobinages (114 à 116). Les dents larges non bobinées ont été ici converties en dents étroites ce qui a permis d'augmenter l'angle (140) entre la dent large bobinée et les dents adjacentes. Le moteur représenté à la figure 9 présente 6 dents étroites (126 à 131) et 3 dents larges (111 à 113) portant 3 bobinages (114 à 116). Dans ce cas les dents larges non bobinées ont été supprimées. Cela permet comme dans le cas précédent d'augmenter l'angle (140) entre la dent bobinée et les dents adjacentes et aussi de libérer des espaces (151 à 153) permettant par exemple l'insertion de capteurs magnétiques de position coopérant avec le rotor (2) du moteur. REVENDICATIONS 1- Moteur électrique polyphasé formé par une partie statorique (1) excitée par des bobines électriques (41 à 46) et par un rotor (2) présentant N paires de pôles aimantés radialement en sens alternés, la partie statorique (1) présentant des dents larges(11 à 16) et des dents étroites (17 à 22) s'étendant radialement depuis une couronne annulaire (10), caractérisé en ce que les bobinages sont disposés autour des dents larges, en ce que les dents larges présentent une largeur (31) sensiblement double de la largeur (33) des dents étroites, et en ce que la largeur d'encoche (32) est supérieure à la largeur (33) d'une dent étroite. 2 - Moteur polyphasé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le stator (1) présente un nombre de dents étroites égal au nombre de dents larges. 3 - Moteur polyphasé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le stator (1) présente un nombre de dents étroites multiple du nombre de dents larges. 4 - Moteur polyphasé selon la revendication 1, 2 ou 25 3, caractérisé en ce que le stator (1) présente un bobinage sur chacune des dents larges. 5 - Moteur polyphasé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le stator (1) présente un bobinage 30 sur une dent large sur deux. 6 - Moteur triphasé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque dent bobinée présente dans le plan transversal une section 35 trapézoïdale sensiblement constante. 7 - Moteur triphasé selon l'une quelconque des revendications précédentes, les bobines étant bobinées séparément puis insérées dans le stator. 8 - Moteur polyphasé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrémité frontale de l'épanouissement polaire est située dans le plan de la face frontale intérieure de la bobine. 9 - Moteur polyphasé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des éléments de détection de position agissant avec le rotor. 10 - Moteur polyphasé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le stator (1) comporte des trous de fixation (47a à 47e) placés à l'intérieur d'un diamètre inférieur au diamètre extérieur des bobinages. 11 - Moteur polyphasé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le stator (1) présente sur sa surface externe des embrèvements (101 à 106) disposés entre les bobines.