Brevet FR2914797A1 — publié le 20081010

"Moteur électrique polyphasé" L'invention propose un moteur électrique polyphasé comportant commutateur mécanique pour l'alimentation en courant électrique des phases du moteur. L'invention propose plus particulièrement un moteurl électrique polyphasé comportant un rotor à aimants permanents et un stator annulaire coaxiaux à l'axe principal du moteur, le stator étant constitué de plusieurs enroulements définissant les phases du moteur, et délimitant un volume cylindrique dans lequel io le rotor est monté à rotation autour de l'axe principal du moteur, et comportant un commutateur mécanique pour l'alimentation en courant électrique des phases du moteur, qui comporte un collecteur qui est solidaire du rotor en rotation autour de l'axe principal du moteur, qui porte une pluralité de pistes en matériau is conducteur électriquement, le commutateur comportant des balais immobiles en rotation par rapport au stator, qui sont aptes à venir sélectivement en contact avec les dites pistes du collecteur, de manière à alimenter en courant électrique les phases du stator de manière sélective, en fonction de la position angulaire du rotor 20 par rapport au stator Le commutateur permet d'alimenter le moteur en courant continu, en reliant alternativement chaque phase du moteur avec l'un ou l'autre de deux potentiels électriques de l'alimentation en courant du moteur. 25 Le commutateur comporte ainsi un collecteur muni de diverses pistes électriques qui sont reliées à l'un ou l'autre des potentiels électriques, sur lesquelles des balais sont aptes à venir en contact, dont chaque balai est relié à une phase du moteur. Le document US-A-6.724.121 décrit un tel commutateur 30 pour lequel le collecteur est en forme d'un disque sur une face circulaire duquel les pistes électriques sont agencées, et comportant des balais axiaux venant en contact avec les pistes. 2 Le moteur est par exemple destiné à être monté dans un emplacement de volume réduit. Par contre, le commutateur est monté sur l'arbre de sortie du moteur, de sorte qu'il augmente l'encombrement global du moteur. L'invention a pour but de proposer un moteur comportant un commutateur qui est agencé de manière à limiter l'encombrement général du moteur. Dans ce but, l'invention propose un moteur électrique tel que décrit précédemment, caractérisé en ce que au moins le io collecteur du commutateur est agencé dans le volume cylindrique délimité par le stator. - le collecteur et les balais sont agencés dans le volume cylindrique délimité par le stator ; -le collecteur est monté sur une extrémité du rotor ; 15 - le collecteur consiste en un disque coaxial au rotor, dont une face circulaire d'extrémité axiale en vis-à-vis des balais porte lesdites pistes ; -chaque balai est d'orientation globalement axiale et est apte à venir en contact axialement vers l'arrière de manière 20 sélective avec les pistes du collecteur ; - le commutateur comporte un support portant les balais qui est solidaire du stator, et qui est agencé axialement en vis-à-vis du collecteur ; - les balais sont montés coulissants axialement par 25 rapport au support et en ce que des éléments élastiques de rappel sont agencés entre le support et les balais de manière à exercer sur chaque balai un effort de pression du balai sur la face d'extrémité du collecteur ; - le collecteur comporte une première piste annulaire 30 centrale reliée à un premier potentiel électrique, une deuxième piste annulaire intermédiaire reliée à un deuxième potentiel électrique et une troisième piste externe annulaire constituée d'une pluralité de secteurs répartis angulairement autour de l'axe 3 principal du moteur, qui sont reliés électriquement à la première piste annulaire, à la deuxième piste annulaire ou à aucune piste annulaire, avec lesquels les balais sont aptes à venir en contact de manière sélective ; - le collecteur comporte un muret annulaire réalisé en matériau isolant électriquement, qui est agencé radialement entre la première piste et la deuxième piste, et qui fait saillie axialement par rapport à la première piste et par rapport la deuxième piste ; io - la section de chaque balai, suivant un plan radial par rapport à l'axe principal A du moteur, est en forme d'un trapèze dont la hauteur est d'orientation radiale par rapport à l'axe principal A du moteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention is apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 est une section axiale d'un moteur électrique comportant un commutateur agencé selon l'invention ; 20 - la figure 2 est une vue en bout du collecteur du commutateur représenté à la figure 1 ; -la figure 3 est une section d'un balai associé au collecteur représenté à la figure 2 ; - la figure 4 est une représentation schématique en 25 perspective du collecteur représenté à la figure 2, montrant le muret annulaire de séparation des pistes. Dans la description qui va suivre, des éléments identiques, similaires ou analogues seront désignés par les mêmes chiffres de référence. 30 On a représenté à la figure 1 un moteur électrique 10 du type polyphasé qui comporte un stator 12 annulaire coaxial à l'axe principal A du moteur 10 et un rotor 14 à aimants permanents, qui 4 est coaxial au stator 12 et qui est monté à rotation par rapport au stator 12 autour de l'axe principal A du moteur 10. Le stator 12 comporte un paquet de tôles 16 annulaire qui porte un bobinage 18 constitué de plusieurs enroulements de fils conducteurs répartis dans des encoches (non représentées) du paquet de tôles 16, de manière à définir les pôles du moteur 10. Dans la description qui va suivre, on fera référence à un moteur 10 comportant huit pôles. Ils sera compris que l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation, et que le moteur 10 io selon l'invention peut comporter un nombre différent de pôles, généralement un moteur 10 comporte un nombre de pôles compris entre deux et douze. Le moteur 10 comporte aussi un commutateur mécanique 20 qui permet de réaliser l'alimentation électrique des pôles du is bobinage 18 pour que chaque pole du stator 12 produise un champ magnétique agissant sur les aimants permanents du rotor 14. Le commutateur 20 comporte un collecteur 22 qui est monté solidaire du rotor 14 en rotation autour de l'axe principal A 20 du moteur 10 et des balais 28a, 28b, 28c, dont chacun est relié électriquement à un pôle du stator 12. Ici, le stator 12 comporte huit pôles, par conséquent, le commutateur 20 comporte huit balais 28a, 28b, 28c. Comme on peut le voir à la figure 2, le collecteur 22 25 comporte une première piste 24 et une deuxième piste 26 dont chacune est reliée à un potentiel électrique d'une source d'énergie électrique, comme par exemple la batterie d'un véhicule automobile, lorsque le moteur 10 est monté dans un véhicule. Chaque balai 28a, 28b, 28c est apte à être relié 30 électriquement ou non à la première piste 24 ou à la deuxième piste 26 de manière sélective en fonction de la position du rotor 14 autour de l'axe principal A du moteur 10, de manière que chaque pôle du stator 12 soit alimenté électriquement pour générer un champ magnétique dont la polarité varie en fonction du pole du rotor 14 qui vient en vis-à-vis lors du fonctionnement du moteur 10. Pour cela, le collecteur 22 comporte une troisième piste 30 s sur laquelle les balais 28a, 28b, 28c sont en contact, constituée de plusieurs portions 32a, 32b, 32c, et qui comporte des premières portions 32a qui sont reliées à la première piste 24, des deuxièmes portions 32b qui sont reliées à la deuxième piste 26 et des troisièmes portions 32c qui ne sont reliées ni à la io première piste 24, ni à la deuxième piste 26. Comme on peut le voir aux figures, le collecteur 22 est en forme d'un disque coaxial à l'axe principal A du moteur 10, et les pistes 24, 26, 30 sont agencées sur une face circulaire 22a d'extrémité du collecteur 22. 15 Comme on l'a dit plus haut, le collecteur 22 est monté solidaire du rotor 14 en rotation autour de l'axe principal A. De plus, le stator 12 délimite un volume cylindrique 36 dans lequel le rotor 14 est reçu à rotation. Selon l'invention le commutateur 20 est réalisé de manière 20 qu'au moins le collecteur 22 est agencé dans le volume cylindrique 36 délimité par le stator 12. Cela permet de réduire l'encombrement axial du moteur 10 en agençant au moins l'un des composants du moteur 10 au niveau du chignon d'extrémité axiale du bobinage 18. 25 Selon le mode de réalisation représenté à la figure 1, les balais 28a, 28b, 28c sont aussi agencés dans ledit volume cylindrique 36 avec le collecteur 22 qui est ainsi agencé axialement entre une extrémité axiale du paquet de tôles 16 et les balais 28a, 28b, 28c. 30 Ainsi, selon l'invention, le collecteur 22 est monté sur une extrémité axiale du rotor 14, ici l'extrémité de gauche en se reportant à la figure 1, et son diamètre externe est globalement égal au diamètre externe du rotor 14. 6 De plus, les pistes 24, 26, 30 sont de forme annulaire et sont coaxiales les unes par rapport aux autres et par rapport à l'axe principal A du moteur 10. Les pistes 24, 26, 30 sont ainsi réparties radialement sur la face d'extrémité 22a du collecteur par rapport à l'axe principal A du moteur de manière que la première piste 24 est située radiale-ment à l'intérieur et la troisième piste 30 est située radialement à l'extérieur par rapport aux deux autres pistes 24, 26. De plus, comme on peut le voir à la figure 2, les portions io 32a, 32b, 32c de la troisième piste 30 sont réparties autour de l'axe principal A du moteur 10 de manière que les premières portions 32a et les deuxièmes portions 32b sont réparties alternativement autour de l'axe principal A du moteur 10, et les troisièmes portions 32c sont agencées de manière à séparer 15 chaque première portion 32a de la deuxième portion 32b adjacente. Les troisièmes portions 32c ont pour fonction d'empêcher qu'un balai 28a, 28b, 28c relie simultanément une première portion 32a à la deuxième portion 32b adjacente, évitant de ce 20 fait un court circuit entre la première piste 24 et la deuxième piste 26. Le nombre des portions 32a, 32b, 32c de la troisième piste 30 est déterminé en fonction du nombre de pôles du moteur. Pour définir le nombre des portions 32a, 32b, 32c, on 25 définit un groupe de portions qui est constitué d'une première portion 32a, d'une deuxième portion 32b et de deux troisièmes portions 32c. Ainsi, le nombre des portions 32a, 32b, 32c de la troisième piste 30 est déterminé de manière que le nombre de groupes de 30 portions définis ci-dessus est égal au nombre de pôles du moteur 10. 7 Ici, et comme on l'a dit plus haut; le moteur 10 comporte huit pôles. Par conséquent, la troisième piste 30 comporte huit groupes de portions. Comme on l'a dit plus haut, la première piste 24 et la deuxième piste 26 sont chacune reliées à un potentiel électrique de la source d'énergie. Pour cela, le commutateur comporte des balais d'alimentation 34a, 34b, dont chacun est en contact permanent avec la première piste 24 ou avec la deuxième piste 26. io Les balais 28a, 28b, 28c et les balais d'alimentation 34a, 34b sont immobiles en rotation par rapport au stator 12 lors du fonctionnement du moteur, de manière que les balais 28a, 28b, 28c viennent successivement en contact avec les portions 32a, 32b, 32c de la troisième piste 30 lors de la rotation du collecteur 15 22. Comme on l'a dit plus haut, les pistes 24, 26, 30 sont portées par la face d'extrémité axiale 22a du collecteur 22. Pour venir en contact avec les pistes 24, 26, 30, les balais 28a, 28b, 28c sont d'orientation axiale parallèle à l'axe principal A du 20 moteur 10, de manière que l'extrémité axiale de chaque balai 28a, 28b, 28c, ici l'extrémité de droite en se reportant à la figure 1 est en appui axialement contre la troisième piste 30. Lors du fonctionnement du moteur 10, le collecteur 22 tourne autour de l'axe principal A, par rapport au stator 12 et par 25 rapport aux balais 28a, 28b, 28c, qui sont immobiles en rotation par rapport au stator 12, de manière que chaque balai 28a, 28b, 28c vient successivement en contact avec les portions 32a, 32b, 32c de la troisième piste 30. Le commutateur 20 comporte un support 38 qui est fixé au 30 stator 12 et sur lequel les balais 28a, 28b, 28c et les balais d'alimentation 34a, 34b sont montés. Le support 38 permet d'immobiliser les balais 28a, 28b, 28c et les balais d'alimentation 34a, 34b par rapport au stator 12. 8 Lors du fonctionnement du moteur 10, les balais 28a, 28b, 28c et les balais d'alimentation 34a, 34b glissent sur les pistes 24, 26, 30, ce qui provoque une usure des balais 28a, 28b, 28c et des balais d'alimentation 34a, 34b par frottement. Pour compenser cette usure, les balais 28a, 28b, 28c et les balais d'alimentation 34a, 34b sont montés coulissants axialement par rapport au support 38, et le commutateur comporte des moyens pour maintenir chaque balai 28a, 28b, 28c et chaque balai d'alimentation 34a, 34b en appui axial contre la piste 24, 26, io 30 associée. Ces moyens consistent de préférence en un ressort élastique de compression qui est comprimé axialement entre le support 38 et chaque balai 28a, 28b, 28c et chaque balai d'alimentation 34a, 34b. 15 L'usure des balais par frottement produit des particules en matériau conducteur électriquement. L'accumulation de ces particules sur la face d'extrémité 22a du collecteur 22 peut provoquer des courts circuits en reliant électriquement deux pistes 24, 26, 30. 20 C'est pourquoi, comme on peut le voir à la figue 4, et selon un autre aspect du commutateur 20 selon l'invention, la face d'extrémité 22a du collecteur 22 comporte un muret 40 annulaire qui fait saillie axialement par rapport à la face d'extrémité 22a du collecteur 22 et qui est positionné radialement entre la première 25 piste 24 et la deuxième piste 26. Ce muret 40 permet d'empêcher que des particules ne s'accumulent entre la première piste 24 et la deuxième piste 26. Comme on l'a dit plus haut, la troisième piste 30 est de forme annulaire et est coaxiale à l'axe principal A du moteur 10. 30 La troisième piste 30 est en outre divisée en plusieurs portions 32a, 32b, 32c réparties autour de l'axe principal A du moteur 10. 9 Ces potions 32a, 32b, 32c sont délimitées par des secteurs angulaires dont le sommet de chaque secteur angulaire est situé sur l'axe principal A. L'ouverture du secteur angulaire délimitant chaque troisième 32c portion est limitée, pour que la transition du contact de chaque balai 28a, 28b, 28c depuis une première portion 32a vers une deuxième portion 32b, ou inversement, pour modifier la polarité du champ magnétique produit par chaque pole du stator 12, s'effectue le plus rapidement possible. io De plus, la dimension de chaque balai 28a, 28b, 28c est aussi déterminée pour que la transition soit effectuée le plus rapidement possible. Pour cela, comme on peut le voir à la figure 3, la section 42 de chaque balai 28a, 28b, 28c est en forme d'un trapèze, dont is la hauteur, mesurée radialement par rapport à l'axe principal A du moteur 10 est sensiblement égale à la dimension radiale de la troisième piste 30 et dont la valeur de l'angle délimité par les cotés 44 du trapèze est définie en fonction de l'angle délimitant les troisièmes portions 32c de la troisième piste 30. 20 On a aussi représenté à la figure 3 différents profils, pris en projection sur un plan radial par rapport à l'axe principal A du moteur 10, des ressorts élastiques de compression de maintien des balais 28a, 28b, 28c en appui sur la troisième piste 30. Selon un premier mode de réalisation, le premier profil 46 25 du ressort est en forme d'une ellipse dont le grand axe est orienté globalement radialement par rapport à l'axe principal A du moteur. Selon un deuxième mode de réalisation, le deuxième profil 48 du ressort est adapté à la forme trapézoïdale du balai 28a, 28b, 28c. A cet effet, le deuxième profil comporte une partie 30 élargie correspondant à la portion radialement externe du balai 28a, 28b, 28c, permettant de répartir l'effort d'appui produit par le ressort de manière homogène sur toute la surface d'appui du balai 28a, 28b, 28c. REVENDICATIONS 1. Moteur (10) électrique polyphasé comportant un rotor (14) à aimants permanents et un stator (12) annulaire coaxiaux à l'axe principal (A) du moteur (10), le stator (12) étant constitué de plusieurs enroulements définissant les phases du moteur (10), et délimitant un volume cylindrique (36) dans lequel le rotor (14) est monté à rotation autour de l'axe principal (A) du moteur (10), et comportant un commutateur (20) mécanique pour l'alimentation en courant électrique des phases du moteur (10), io qui comporte un collecteur (22) qui est solidaire du rotor (14) en rotation autour de l'axe principal (A) du moteur (10), qui porte une pluralité de pistes (24, 26, 30) en matériau conducteur électriquement, le commutateur (20) comportant des balais (28a, 28b, 28c) immobiles en rotation par rapport au stator (12), qui is sont aptes à venir sélectivement en contact avec les dites pistes (24, 26, 30) du collecteur (22), de manière à alimenter en courant électrique les phases du stator (12) de manière sélective, en fonction de la position angulaire du rotor (14) par rapport au stator (12), 20 caractérisé en ce que au moins le collecteur (22) du commutateur (20) est agencé dans le volume cylindrique (36) délimité par le stator (12). 2. Moteur (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le collecteur (22) et les balais (28a, 28b, 25 28c) sont agencés dans le volume cylindrique (36) délimité par le stator (12). 3. Moteur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le collecteur (22) est monté sur une extrémité du rotor (14). 30 4. Moteur (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le collecteur (22) consiste en un disque coaxial au rotor (14), dont une face (22a) circulaire d'extrémité 2914797 Il axiale en vis-à-vis des balais (28a, 28b, 28c) porte lesdites pistes (24, 26, 30). 5. Moteur (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque balai (28a, 28b, 28c) est 5 d'orientation globalement axiale et est apte à venir en contact axialement vers l'arrière de manière sélective avec les pistes (24, 26, 30) du collecteur (22). 6. Moteur (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le commutateur (20) comporte un support io portant les balais (28a, 28b, 28c) qui est solidaire du stator (12), et qui est agencé axialement en vis-à-vis du collecteur (22). 7. Moteur (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les balais (28a, 28b, 28c) sont montés coulissants axialement par rapport au support et en ce que des is éléments élastiques de rappel sont agencés entre le support et les balais (28a, 28b, 28c) de manière à exercer sur chaque balai (28a, 28b, 28c) un effort de pression du balai (28a, 28b, 28c) sur la face (22a) d'extrémité du collecteur (22). 8. Moteur (10) selon l'une quelconque des revendications 20 précédentes, en combinaison avec la revendication 4, caractérisé en ce que le collecteur (22) comporte une première piste (24) annulaire centrale reliée à un premier potentiel électrique, une deuxième piste (26) annulaire intermédiaire reliée à un deuxième potentiel électrique et une troisième piste (30) externe annulaire 25 constituée d'une pluralité de secteurs (32a, 32b, 32c) répartis angulairement autour de l'axe principal (A) du moteur (10), qui sont reliés électriquement à la première piste (24) annulaire, à la deuxième piste (26) annulaire ou à aucune piste annulaire, avec lesquels les balais (28a, 28b, 28c) sont aptes à venir en contact 30 de manière sélective. 9. Moteur (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le collecteur (22) comporte un muret annulaire (40) réalisé en matériau isolant électriquement, qui est 12 agencé radialement entre la première piste (24) et la deuxième piste (26), et qui fait saillie axialement par rapport à la première piste (24) et par rapport la deuxième piste (26). 10. Moteur (10) selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que la section de chaque balai (28a, 28b, 28c), suivant un plan radial par rapport à l'axe principal (A) du moteur (10), est en forme d'un trapèze dont la hauteur est d'orientation radiale par rapport à l'axe principal (A) du moteur (10).10