Brevet FR2925989A1 — publié le 20090703

L'invention se rapporte au domaine des moteurs électriques synchrones à commutation électronique de faible puissance destinés à l'entraînement d'éléments d'occultation ou de protection solaire dans les bâtiments. De tels moteurs doivent présenter un couple important sous un faible encombrement, leur permettant d'être intégré dans un caisson à section sensiblement rectangulaire, par exemple un rail de store vénitien. Ces dimensions particulières incitent à réaliser des moteurs longs, la longueur du moteur compensant sa faible section pour obtenir la puissance nécessaire à l'entraînement de l'élément d'occultation ou de protection solaire. Dans le domaine des métiers à tisser, il est connu de réaliser des moteurs synchrones longs, comme décrit dans les brevets US 6,105,630 ou US 6,237,213. Une place importante y est ménagée pour les bobinages de chaque phase, tandis que le rotor est un cylindre long, recouvert dans le sens axial par la première phase, puis par la seconde. On trouve une disposition analogue dans la demande de brevet JP 61-167360. Cette disposition est très différente de la disposition habituelle d'un moteur rotatif à rotor aimanté, pour laquelle chaque phase ne recouvre qu'une portion angulaire du rotor. Dans les cas cités, le rotor comprend deux segments aimantés : un premier segment aimanté est disposé dans la partie de cylindre couverte par la première phase, tandis qu'un deuxième segment aimanté est disposé dans la partie de cylindre couverte par la deuxième phase. Les deux aimantations sont perpendiculaires. Elles sont décalées de 120° si le moteur comprend 3 phases. Un avantage de ces dispositifs est leur très faible inertie, due au très 30 faible diamètre du rotor. MS\2. S649.12FR.604.dpt Cependant, ils présentent l'inconvénient d'une réalisation délicate, illustrée par le brevet US 6,237,213 et de présenter un rotor complètement excentré, ce qui ne convient pas aux applications visées par la présente invention. La demande de brevet JP 9-247911 présente également une structure modulaire en plusieurs phases successives le long d'un même rotor. Cette structure présente l'avantage d'être centrée. Par contre, il s'agit d'un moteur à réluctance variable, et les pôles magnétiques du stator présentent de ce fait une dimension très faible par rapport au diamètre du rotor. Il en résulte que l'espace intérieur disponible dans une phase en absence du rotor est très important, permettant par exemple d'insérer séparément les deux bobinages relatifs à une même phase, chacun des bobinages pouvant être réalisé sur une carcasse séparée, ce qui n'est pas possible dans le cas d'un moteur aimanté de petit diamètre. De même pour la demande de brevet JP 9-247913, qui présente en outre l'inconvénient de bobinages s'étendant en dehors du circuit magnétique, donc augmentant l'encombrement du moteur. Un autre problème soulevé par la réalisation des moteurs à rotor aimanté et à commutation électronique est la position du capteur ou des capteurs chargé(s) de déterminer avec précision la position du rotor afin d'assurer la commutation du courant dans les bobinages des phases. 25 II apparaît logique de disposer un tel capteur au voisinage immédiat du rotor aimanté, si ce capteur est sensible au champ magnétique. Cependant, cette disposition rend le capteur également sensible à la réaction magnétique d'induit, c'est-à-dire au champ magnétique créé par 30 les bobinages. Il en résulte que l'indication du capteur ne reflète pas la position angulaire du rotor. Les machines à commutation électronique MS\2. S649.12FR.604.dpt20 nécessitent donc un blindage magnétique du capteur, par exemple comme décrit dans les demandes de brevet JP 60121955 ou FR 2 685 355, ce qui complexifie la machine. Pour un moteur avec rotor aimanté extérieur, le brevet US 4,549,104 décrit un tel blindage. II est également possible d'aménager un circuit magnétique séparé concentrant le flux rotor vers le capteur, comme décrit dans le brevet US 4,115,715. Toutes ces solutions sont complexes. Une autre solution connue est de déporter la fonction de détection de la position du rotor à l'extérieur de la partie active de la machine, en utilisant par exemple un capteur optique comme dans le brevet US 6,105,630. Ceci a pour effet de rallonger encore le moteur, et pénalise donc son encombrement. L'invention a pour but de fournir un moteur électrique obviant à ces inconvénients et améliorant les moteurs connus de l'art antérieur. En particulier, le moteur électrique selon l'invention permet d'obtenir une puissance importante à encombrement donné, d'obtenir un rotor centré dans la structure du moteur et de positionner un capteur de position du rotor peu sensible au champ magnétique créé par les bobinages. Le moteur électrique selon l'invention permet de manoeuvrer un élément d'occultation ou de protection solaire dans un bâtiment. II comprend au moins deux phases et un rotor aimanté commun aux deux phases, chaque phase étant relative à une portion de rotor dans le sens de l'axe du rotor et comprenant deux bobinages. Le moteur est caractérisé en ce que chaque phase comprend une carcasse isolante sur laquelle sont réalisés les deux bobinages et présentant une portion centrale séparant les bobinages, la portion centrale étant munie d'un premier évidement traversant et apte à entourer une portion de rotor traversant la phase. Chaque phase peut comprendre un circuit magnétique comprenant un premier module et un second module disposés en vis-à-vis sur la MS\2. S649.12FR.604.dpt carcasse, chaque module présentant une forme en E comprenant trois branches, la branche centrale d'un module formant un pôle stator et le diamètre du rotor étant inférieur à la longueur de la branche centrale. Chaque branche latérale d'un module peut recouvrir au moins partiellement un même bobinage, et la branche centrale peut être engagée dans un deuxième évidement de la carcasse perpendiculaire au premier évidement et peut traverser le bobinage. Chaque module peut être monobloc et il peut subsister trois entrefers entre les deux modules une fois ceux-ci assemblés. Chaque module peut être formé de tôles alternées et il peut subsister un seul entrefer entre modules une fois ceux-ci assemblés, les tôles étant 15 entrelacées dans deux zones de recouvrement des branches latérales des deux modules. Le deuxième évidement peut présenter une section sensiblement rectangulaire. Chaque phase peut comprendre au moins un capteur magnétique activable par le rotor, ce capteur étant situé au niveau d'un plan médian de la phase, à la fois perpendiculaire aux plans moyens des spires constituant les bobinages et perpendiculaire à l'axe du rotor. Le premier évidement peut comprendre une section polygonale apte à loger le capteur magnétique. Les carcasses peuvent comprendre des moyens d'accrochage mutuel. MS\2. S649.12FR.604.dpt 20 25 30 Le rotor peut comprendre un tube cylindrique et amagnétique dans lequel est logée une matière aimantée au moins dans une partie de rotor destinée à être entourée par une phase. 5 La moyenne des épaisseurs des bobinages d'une phase peut être au moins égale au diamètre du rotor. Les bobinages d'une phase peuvent être identiques et parcourus par un même courant. Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, un mode de réalisation d'un moteur selon l'invention. La figure 1 représente une phase du moteur selon l'invention, vue en 15 perspective. La figure 2 représente une phase et le rotor du moteur en coupe dans un plan médian P1 perpendiculaire à l'axe du rotor. 20 La figure 3 représente un premier mode de réalisation du moteur, avec deux phases orientées selon une même direction. La figure 4 représente un deuxième mode de réalisation du moteur, avec deux phases orientées selon deux directions perpendiculaires. 25 La figure 1 représente une vue partielle d'une phase 10 du moteur selon l'invention. La phase 10 est également représentée en coupe dans un plan médian P1 perpendiculaire à l'axe du rotor en figure 2. La phase comprend un circuit magnétique formé par l'association d'un premier 30 module 11 et d'un second module 12. Chacun des deux modules en forme de E présente trois branches: une branche centrale (111, 121) et MS\2. S649.12FR.604. dpt10 deux branches latérales (112-113, 122-123). Les deux modules sont disposés en vis-à-vis, les branches centrales étant dirigées l'une vers l'autre et constituant chacune un pôle stator. Pour plus de visibilité sur la figure 2, le premier module 11 et le rotor 16 ne sont pas représentés. La phase comprend également une carcasse 13, de type monobloc et indéformable, en matière isolante. Par � indéformable �, on entend � réalisé de manière à ce que l'on puisse réaliser des bobinages sur celui-ci sans déformation remarquable à l'oeil �. La carcasse sert de support à un premier bobinage 14 et à un deuxième bobinage 15, dont les spires sont situées dans un plan moyen parallèle à l'axe du rotor 16 et perpendiculaire au plan médian. Les deux bobinages d'une même phase sont préférentiellement identiques et parcourus par un même courant, en entendant par là que les bobinages sont connectés en série, ou encore qu'ils sont connectés en parallèle sur une même tension d'alimentation. De préférence, afin de disposer d'une force magnétomotrice (nombre d'ampère-tours) suffisante pour la création d'une forte induction magnétique dans la zone contenant le rotor, l'épaisseur d'un bobinage (ou au moins la moyenne des épaisseurs) est au moins égale au diamètre du rotor. La carcasse 13 comprend une portion centrale 131, un premier flasque latéral 132 et un deuxième flasque latéral 133. La portion centrale et chaque flasque sont raccordés par une portion de carcasse non référencée, servant de moyeu à chaque bobinage. La portion centrale est munie d'un premier évidement traversant 134, de préférence cylindrique, apte à contenir une portion de rotor traversant la phase. MS\2. S649.12FR.604.dpt Outre sa partie sensiblement cylindrique, le premier évidement comporte avantageusement une première section complémentaire 135, et une deuxième section complémentaire 136, disposés de part et d'autre du premier évidement, perpendiculairement au rotor et aux branches centrales 111 et 121 des modules. Chaque section complémentaire est de forme polygonale constituée par la superposition d'un rectangle et d'un trapèze de base égale au grand côté du rectangle. Une forme polygonale simplement triangulaire, ou trapézoïdale, conviendrait également. La figure 2 représente également le rotor 16 en coupe. Le rotor comprend un tube amagnétique 17, qui assure la rigidité du rotor. Dans la partie active de chaque phase, c'est-à-dire au moins en vis-à-vis des branches centrales des modules du circuit magnétique et donc en particulier dans le plan médian, le rotor comprend également une matière aimantée 17, par exemple un alliage Néodyme-Fer-Bore. Le tube amagnétique est en acier inoxydable ou en laiton. Il peut être strié de manière à limiter les courants induits. Dans le plan médian, la carcasse supporte également un capteur magnétique 19, par exemple un bobinage d'induction ou un capteur à effet Hall. Ce capteur est avantageusement glissé dans l'une des sections complémentaires de l'évidement central : les dimensions du capteur fixant de préférence celles des sections complémentaires. En vue d'utiliser deux types différents de capteurs magnétiques, les sections complémentaires 135 et 136 peuvent avoir des sections différentes. Le capteur 19 est sensible à une composante du flux normale au plan du capteur (ici défini par le grand côté du rectangle et perpendiculaire au MS\2. S 649.12FR.604.dpt plan médian). Le champ magnétique issu d'un pôle stator et rejoignant l'autre pôle stator, représenté à droite de la figure 1 par une seule ligne de champ H en trait pointillé, traverse le capteur dans les deux sens, relativement à cette direction normale, du fait de la parfaite symétrie du dispositif par rapport au plan médian P1 (et au plan perpendiculaire au plan du capteur). Il en résulte que le capteur est insensible au champ créé par le stator, et il ne traduit donc que le champ créé par le rotor. Cette structure permet donc de simplifier considérablement le captage d'information de position rotor, sans qu'il soit besoin d'utiliser les artifices de l'art antérieur. Bien entendu, le capteur peut être légèrement déplacé par rapport au plan médian, qui définit néanmoins la position optimale de celui-ci si le dispositif est parfaitement symétrique. La figure 1 représente le plan médian P1, ainsi que la trace (en trait pointillé) du plan médian sur le deuxième module 12 dont seule est visible la branche latérale 123. La trace du plan médian apparaît également sur le premier flasque latéral 132. De manière plus précise, le plan médian P1 de la phase est à la fois perpendiculaire aux plans moyens des spires constituant les bobinages et perpendiculaire à l'axe du rotor. La carcasse 13 est munie d'un deuxième évidement traversant 139, de section rectangulaire, permettant de loger la branche centrale du module correspondant. Les modules du circuit magnétique peuvent être réalisés chacun en une seule pièce (par exemple à l'aide d'une poudre ferromagnétique frittée) ou encore par assemblage de tôles. 30 La figure 1 correspond au cas d'une fabrication de type monobloc. MS\2. S649.12FR.604.dpt25 Il existe alors 3 entrefers dans une phase du moteur : l'entrefer central séparant les branches centrales de chaque module et deux entrefers, notés AGI et AG2 séparant les branches latérales des deux modules. La présence des entrefers AGI et AG2 ne nuit pas à la performance du moteur, dans la mesure où leur épaisseur est faible devant celle de l'entrefer central. La fabrication des modules peut également être réalisée par empilement de part et d'autre du plan médian PI de tôles formant chacune un E. On peut avoir intérêt à alterner le sens de montage des tôles de manière à ce que celles-ci soient entrelacées ou se recouvrent au niveau des branches latérales. Le recouvrement provient du fait qu'on donne une longueur différente à chacune des branches latérales d'une tôle, l'une supérieure et l'autre inférieure à la longueur permettant de recouvrir exactement une demi carcasse. Du fait du recouvrement des tôles, les entrefers globaux des branches latérales disparaissent, court-circuités par les zones de recouvrement, même si subsistent les entrefers individuels AGI et AG2 entre les tôles situées dans un même plan. De ce fait, tout ce passe comme si ne subsistait que l'entrefer central. Cette disposition entrelacée contribue peu à la performance du moteur (comme indiqué ci-dessus, le rôle des entrefers latéraux est négligeable), mais peut donner une meilleure cohésion mécanique à l'ensemble, et réduire les vibrations parasites. La figure 3 représente un premier moteur 100 comprenant deux phases parallèles référencées 20 et 30 et un rotor cylindrique 40. L'ensemble est contenu dans un carter parallélépipédique, non représenté, assurant en M S \2 . S 649.12 F R. 604. dpt 10 particulier le maintien des modules magnétiques et supportant des paliers ou roulements guidant le rotor. Comme dans la figure 1, les modules masquant les deuxièmes évidements ne sont pas représentés. Le rotor 40 est représenté dans le premier évidement et également sorti de son logement, de manière à faire figurer les zones du rotor nécessitant une aimantation. Comme décrit dans l'art antérieur, il existe au moins une première zone d'aimantation 41 et une deuxième zone d'aimantation 42, chacune correspondant à une portion de phase. Préférentiellement, la zone d'aimantation relative à chaque phase correspond à la partie de rotor en vis-à-vis des pôles stators. Les deux phases 20 et 30 étant alignées, il en résulte que les directions d'aimantation FI et F2 des deux zones 41 et 42 doivent être perpendiculaires entre elles. La carcasse 13 est munie de moyens d'accrochage à une autre carcasse. Ces moyens d'accrochage comprennent par exemple des trous 137 et 138 parallèles à l'axe du rotor et pratiqués dans la portion centrale 131, comme représenté en figure 1. La figure 3 représente aussi les moyens d'accrochage mutuel des deux phases, symbolisés par les trous traversants 337 et 338. Des dispositifs vis-écrou non représentés sont engagés dans ces trous pour maintenir les deux phases assemblées.. La figure 4 représente avec les mêmes conventions un deuxième moteur 200 comprenant deux phases croisées référencées 50 et 60 et un rotor cylindrique 70. Cette fois, les deux zones d'aimantation 71 et 72 du rotor sont aimantées dans des directions F3 et F4 parallèles entre elles. Les moyens d'accrochage mutuel des phases sont différents du cas précédent. On utilise des encoches de maintien 201 et 202 permettant de MS\2.S649.12FR.604.dpt 10 15 11 caler chaque portion centrale dans les flasques latéraux de l'autre phase, et/ou des moyens de clippage mutuel 203 et 204. De tels moyens de clippage sont également utilisables dans le cas de la 5 figure 3. Il est également possible d'assurer l'alignement des deux phases (ou leur positionnement croisé) en les disposant sur un posage permettant le surmoulage rigide de l'ensemble. Dans une variante des rotors 40 et 70, la matière aimantée occupe continûment tout le tube du rotor, ou au moins toute la portion de tube entrant dans les phases, et c'est simplement l'opération d'aimantation qui fixe les directions voulues F1-F2 ou F3-F4 dans les zones d'aimantation. M S \2. S 649.12 F R. 604. dpt Revendications : 1. Moteur électrique (100) de manoeuvre d'un élément d'occultation ou de protection solaire dans un bâtiment, comprenant au moins deux phases (10 ; 20, 30 ; 50, 60) et un rotor (16 ; 40 ; 70) aimanté commun aux deux phases, chaque phase étant relative à une portion de rotor (41, 42 ; 71 ; 72) dans le sens de l'axe du rotor et comprenant deux bobinages (14, 15), caractérisé en ce que chaque phase comprend une carcasse (13) isolante sur laquelle sont réalisés les deux bobinages et présentant une portion centrale (131) séparant les bobinages, la portion centrale étant munie d'un premier évidement (134) traversant et apte à entourer une portion de rotor traversant la phase. 2. Moteur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque phase comprend un circuit magnétique comprenant un premier module (11) et un second module (12) disposés en vis-à-vis sur la carcasse, chaque module présentant une forme en E comprenant trois branches, la branche centrale d'un module formant un pôle stator et le diamètre du rotor étant inférieur à la longueur de la branche centrale. 3. Moteur électrique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque branche latérale (112, 113 ; 122, 123) d'un module recouvre au moins partiellement un même bobinage, et en ce que la branche centrale (111 ;121) est engagée dans un deuxième évidement (139) de la carcasse perpendiculaire au premier évidement et traverse le bobinage. MS \2. S 649.12 FR. 604. dpt 12 13 4. Moteur électrique selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que chaque module est monobloc et en ce qu'il subsiste trois entrefers entre les deux modules une fois ceux-ci assemblés. 5. Moteur électrique selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que chaque module est formé de tôles alternées et en ce qu'il subsiste un seul entrefer entre modules une fois ceux-ci assemblés, les tôles étant entrelacées dans deux zones de recouvrement des branches latérales des deux modules. 6. Moteur électrique selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le deuxième évidement présente une section sensiblement rectangulaire. 7. Moteur électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque phase comprend au moins un capteur magnétique (19) activable par le rotor, ce capteur étant situé au niveau d'un plan médian de la phase, à la fois perpendiculaire aux plans moyens des spires constituant les bobinages et perpendiculaire à l'axe du rotor. 8. Moteur électrique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le premier évidement comprend une section polygonale apte à loger le capteur magnétique. 9. Moteur électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les carcasses comprennent des moyens (337, 338) d'accrochage mutuel. 30 10. Moteur électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rotor comprend un tube (17) cylindrique et MS\2. S649.12FR.604. dpt25 14 amagnétique dans lequel est logée une matière aimantée (18) au moins dans une partie de rotor destinée à être entourée par une phase. 11. Moteur électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la moyenne des épaisseurs des bobinages d'une phase est au moins égale au diamètre du rotor. 12. Moteur électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bobinages d'une phase sont identiques et parcourus par un même courant. MS\2. S649.12FR.604.dpt